PLC上位机监控界面与程序编制(双产软化水)(选材介绍和界面制作过程)

摘要
本设计以三菱FX1N-40MR可编程控制器主机作为下位机，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS组态(Monitor and Control Generated System)软件6.2通用版作为上位机PC机的监控软件，计算机采取RS232接口，PLC(可编程控制器)采取RS485作为通讯接口，RS232接口与RS485接口的连接和转换采取三菱FX-485-PC-IF转换器；编程软件采取三菱GX Developer编程软件，编程电缆采用专用SC-09通信电缆。

在以上硬件和软件的支持下做成双产软化水监控界面。

实践证明，选择的正确性。

在无数次的实验失败后，成功实现了下位机PLC(可编程控制器)与上位机PC机的通迅，做到上位机PC机对下位机PLC(可编程控制器)的监控。

在此基础下，利用MCSG组态(Monitor and Control Generated System)软件做了监控界面，经过调试，监控界面基本实现所需功能。

关键词：PLC与PC通迅；MCGS；PLC
Abstract
The design takes the Mitsubishi FX1N-40MR programming controller as the crew and the MCSG(Monitor and Control Generated System software6.2common edition of Kunlun auto software technology company in Beijing)as a upper monitoring software.The computer takes RS232as interface.the PLC takes RS485. The connection between RS232and RS485uses the Mitsubishi FX-485-PC-IF Converter.Mitsubishi GX Developer as the programming software.Those above contribute to the double-demineralized water monitoring interface.
Practise proved that the choice is right.After a number of fairness I finally communicate between the crew and upper monitor.Upon this I made the controlling interface with the Monitor and Control Generated System Software.After debug it finally achieve the basic demands.
Key Words:the communication between PLC and PC；MCGS；PLC
目录
引言 (1)
1设计任务 (2)
2选取的硬件及软件介绍 (2)
2.1PLC (2)
2.1.1PLC的主要特点 (2)
2.1.2三菱FX1N系列PLC (3)
2.2组态软件 (4)
2.2.1MCGS (5)
2.3通讯接口 (5)
2.3.1RS-232 (5)
3设计过程 (6)
3.1PC与PLC通讯 (6)
3.1.1PLC通讯参数设置 (6)
3.1.2MCGS通讯设置 (6)
3.2人机界面制作 (9)
4调试过程 (10)
5结论 (13)
总结与展望 (14)
参考文献 (15)
引言
本选题建立在半实物全开放化工过程控制检测、控制综合实验平台项目，指导老师提出课题的基础上。

通过这个选题的实施可提高我们的专业技能并为实物全开放化工过程控制检测、控制综合实验平台项目的建设做出贡献。

本项研究工作设想，通过PC机对PLC(可编程控制器)的监控，做到对现场情况的监控。

实验主要以设计人机界面为主，实验的基础是PC机与PLC(可编程控制器)正常通讯；涉及的范围有PLC的编程，MCGS软件的使用以及PC机与PLC 通讯的相关知识，预期结果是实现PC机对PLC的监控。

1设计任务
根据双产软化水工艺图，设计一个监控界面。

可以实现以下功能：
1.监视各设备运行状况。

2.在水位过低和过高的情况下可以实现报警功能。

3.可以显示出具体是那个交换柱在那个工位。

4.可以设置手动或自动设置工位，在手动的情况，可以在界面上对各个工位进行设置调试。

5.可以显示出各个工位的剩余时间以及各个工位的时间。

6.可以设置各个工位的时间。

7.可以显示每个工位的水流流动方向。

8.可以在监控界面上启动设备。

2选取的硬件及软件介绍
2.1PLC
PLC(Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器）专为在工业环境应用而设计的一种数字运算操作的电子系统。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分[1]。

2.1.1PLC的主要特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使
用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。

5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

[2]
2.1.2三菱FX1N系列PLC
三菱FX1N系列PLC是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。

具有扩展输入
输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。

是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC[3]。

2.2组态软件
组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为组态式监控软件。

组态(Configure)的含义是配置、设定、设置等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的组态。

它有时候也称为二次开发，组态软件就称为二次开发平台。

监控（Supervisory Control）即监视和控制，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。

组态软件是有专业性的，一种组态软件只能适合某种领域的应用。

组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。

人机界面生成软件就叫工控组态软件。

在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。

不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。

从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。

工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC 语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。

组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。

在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。

组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容[4]
2.2.1MCGS
MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000/xp 等操作系统[5]。

2.3通讯接口
2.3.1RS-232
由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
1接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

2传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。

3接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

4传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右[6]。

2.3.2RS-232转RS-485
由于PC机默认的只带有RS232接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路：
1通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。

2通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡[7]。

3设计过程
3.1PC与PLC通讯
PC与PLC要达到通讯，必须同时满足硬件和软件的要求。

硬件采取实验室现有的三菱FX-485-PC-IF转换器实现RS232接口转换为RS485接口，从而实现PC机和PLC的硬件通讯问题。

软件主要采取设置通信参数，只要PLC的通讯参数和PC机里面的通讯参数达到一致便可实现通讯[8]。

3.1.1PLC通讯参数设置
在PLC中，通讯参数是贮存在特殊数据寄存器中的，其中通讯格式贮存在特殊寄存器D8120中，站号贮存在特殊寄存器D8121中[9]。

通讯参数的设置通过程序的写入进行设置，查看MCGS软件相关帮助，得知向D8120里面写入H408E。

站号，站号设置没有特别要求，可以随意设置，只要PC 与PLC参数一致便可。

具体PLC通讯部分程序[10]如图3.1
图3.1PLC通讯部分程序
3.1.2MCGS通讯设置
在前面程序里，H的意义为16进制，408E转化为二进制为01000000010001110分别对应D8120中的b15~b0十六个参数。

具体对应意义见图3.2
图3.2通讯格式（D8120)
由此图得知
数据长度：7位
数据校验方式：偶校验
停止位为数：2位
通讯波特率：9600（BPS）
是否求校验：不加校验和
采取协议格式：协议格式1
K的意义是十进制，D8121中数据为7，说明站号为7.MCGS的通讯设置在设备窗口里面进行设置[11]，设置数据和上面一致，如图3.3
图3.3通讯设置窗口
设置完成后，可以在设备调试窗口进行调试，若通信标志为0说明通讯上了，若为1说明没有通讯上，图3.4为通讯正常情况的部分截图
图3.4设备调试窗口
3.2人机界面制作
在MCGS中，可以通过插入构件，然后定义构件，使构件和PLC相应的元件对应起来，便可以实现PC机对PLC的通讯。

首先根据设计任务，在MCGS组态环境中的用户窗口中建立动画组态，在动画组态中点击右键插入各种构件，搭构起来画面[12]，如图3.5所示
图3.5动画组态
然后在设备窗口里设置内部属性里，增加设计任务所需的各种通道，图3.6是通道部分截图
图3.6通道部分截图
接下来在用户窗口的动画组态界面，也就是图3.5的界面，点击右键属性定义构件对应的通道，设置所需要的效果等，这样基本就可以算是完成界面的制作了。

4调试过程
关闭MCGS组态环境，打开MCGS运行环境，就会默认运行刚才建立的工程。

如图4.1所示
图4.1运行窗口
图中显示为设备的B柱处于再生工位，水流动方向如图中红箭头所示。

在手动自动调节中，单击调到手动档，处于手动指示灯显示为绿灯，说明已处于手动模式。

双击调试中的调试置松床按钮，这时就可以设置工位为松床工位，在工位时间显示中的，可以显示出各工位时间和剩余时间。

如图4.2所示。

同样的双击调试置运行，调试置再生，可以把工位设置为运行工位，再生工位。

图4.2手动设置松床调试
在PLC监视模式[13]下可以看出监视页面的数据与PLC里面的数据一致。

图4.3是PLC中显示出运行时间：102、落床时间：30、松床时间：30、进盐时间：21、置换时间：50、清洗时间：25。

在工位时间显示中的，在松床时间设置、运行时间设置、落床时间设置、进盐时间设置、置换时间设置、清洗时间设置后面的输入框中，单击可以设置松床时间、运行时间、落床时间、进盐时间、置换时间、清洗时间。

图4.4是设置后界面的数据和PLC的数据，从图中可以看出，界面显示的数据和PLC中的所对应的数据一致，可以实现时间设置。

图4.3未设置PLC对应数据
图4.4设置后界面和PLC的数据
当水位过高或过低，可在监控界面里可以显出报警[14]。

图4.5为水位过低时报警显示。

图4.5低水位报警
5结论
经过调试过程，成功完成设计任务。

实现设计要求的所有功能，完成双产软化水监控界面的设计。

总结与展望
在这次双产软化水监控界面设计中，所采取的设备和软件，都是实验室所现有的。

但相关的软件的学习，以及通讯等问题，需要我去学习。

在学习通讯问题时，复习了三菱PLC相关指令和编程的知识，还学习新的有关三菱PLC通讯的知识。

巩固了以前所学三菱PLC知识，扩充了自己的知识面。

在程序编制方面，只在通讯方面，自己编制了PLC程序，而没有编制所有的程序，在界面制作上，用的MCGS软件制作界面，没有用计算机VC++语言编程制作界面[15]。

希望能在以后的工作中，用到更多PLC和组态软件，可以在做工业监控时编制所有的PLC程序，用计算机VC++语言编程制作界面。

学会，用任意一种PLC和任意一种组态软件，实现工业上设备的监视和控制。

为祖国的工业建设做出贡献。

参考文献：
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[15]杨东海登.基于vc++和mfc的上位机与plc通讯系统[J].微计算机信息（测控仪表自动化）,2003(3):10-12.
结束语
在这份毕业论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！。