《计算机控制系统实践》

实验指导书

王鑫国

南京工业大学自动化学院

2006年1月

目 录

实验一 使用组态王软件进行组态设计 1

实验二 使用MCGS组态软件进行组态设计 3

实验三 LonWorks控制网络设计与组态 5

实验四 DCS控制系统的设计与组态 7

实验一 使用组态王软件进行组态设计

一、实验目的

1、熟悉组态王软件的使用

2、熟悉PLC的编程和程序调试方法

3、熟悉组态王软件与PLC的连接与通信

二．实验内容

使用组态王软件和S7-200PLC设计实现交通灯的控制。

三．实验设备及仪器

计算机、西门子S7-200PLC、组态王软件、交通灯控制实验台。

四. 注意事项

在接线之前将PLC的电源关掉。

五. 实验原理

信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持30秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪烁，闪烁5秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持5秒。到5秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮5秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持5秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。

“组态王”软件包由工程管理器（ProjManager）、工程浏览器（TouchExplorer）、画面运行系统（TouchVew）三部分组成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。 工程浏览器（TouchExplorer）和画面运行系统（TouchVew）是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统（TouchVew）运行环境中才能运行。

六. 实验方法与步骤

1、 按照输入和输出两个配置表，将PLC的输入输出与相应面板符号的插孔用连接线连好；

2、 按照输入输出配置，参照参考程序，编写实验程序；

3、 下载编写程序到PLC，运行程序；

4、 模拟动作实验板上的按钮和开关，验证所编程序的逻辑；

5、 启动组态王软件，设计监控画面；

6、 构造数据库；

7、 建立动画连接；

8、 运行和调试实现交通灯的监控。

七. 思考

画出参考程序的时序图并写出程序梯形图。

实验二 使用MCGS组态软件进行组态设计

一．实验目的

1、 熟悉MCGS组态软件的使用

2、 熟悉PLC的编程和程序调试方法

3、 熟悉MCGS组态软件与PLC的连接与通信

二．实验内容

使用MCGS组态软件和S7-200PLC设计实现液体混合装置控制的模拟的控制。

三．实验设备及仪器

计算机、西门子S7-200PLC、MCGS软件组态软件、液体混合装置。

四. 注意事项

在接线之前将PLC的电源关掉。

五. 实验原理

本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：

初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。

起动操作:按下起动按钮SB1，装置就开始按下面规律操作：

液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作1分钟后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过20秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。

停止操作:按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，停在初始状态，当有下一启动输入时，又开始工作。

使用MCGS完成一个实际的应用系统，首先必须在MCGS的组态环境下进行系统的组态生成工作，然后将系统放在MCGS的运行环境下运行。在MCGS组态环境下构造一个用户应用系统的过程包括：工程整体规划、工程建立、构造实时数据库、组态用户窗口、组态主控窗口、组态设备窗口、组态运行策略、组态结果检查、工程测试、新工程的提交。

六. 实验方法与步骤

1、 照输入和输出两个配置表，将PLC的输入输出与相应面板符号的插孔用连接线连好；

2、 按照输入输出配置，参照参考程序，编写实验程序；

3、 下载编写程序到PLC，运行程序；

4、 模拟动作实验板上的按钮和开关，验证所编程序的逻辑；

5、 启动MCGS组态软件，设计监控画面；

6、 构造实时数据库；

7、 建立动画连接；

8、 运行和调试实现液体混合装置控制的监控。

七. 思考

画出参考程序流程图。

实验三 LonWorks控制网络设计与组态

一．实验目的

1、了解神经元芯片的原理

2、了解LonWorks现场总线控制系统的原理和硬件结构

3、了解LonWorks现场总线控制网络的软件框架

4、熟悉网络组态软件的使用

二．实验内容

1、了解Lonworks现场总线设备

2、熟悉Lonworks现场总线控制系统的硬件结构和接线

3、使用网络组态软件Lonmaker设计灯光控制系统。

4、熟悉LNS DDE SERVER、OPC SERVER的使用。

5、使用组态软件实现Lonworks设备的监控。

三．实验设备及仪器

计算机、LonWorks网卡、Lonworks设备、双绞线

四．实验原理

现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成，它的出现使传统的自动控制领域产生了革命性的变革，形成了新型的网络集成或全分布控制系统即现场总线控制系统（FCS）。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化的热点，受到全世界的普遍关注。

Lonworks技术是目前流行的主要现场总线技术之一，高可靠性、安全性、易于实现和互操作性，使得Lonworks产品应用非常广泛。它广泛应用于过程控制、电梯控制、能源管理、环境监视、污水处理、火灾报警、采暖通风和空调控制、交通管理、家庭网络自动化、楼宇自动化等。

本灯光控制系统基于Lonworks现场总线技术，主要由Nico电源控制器、调光器、触摸屏以及电灯电路组成。灯光控制系统可以由控制中心通过Lonworks现场总线进行组态及集中控制，同时还可通过触摸屏实现电灯的开关及亮度控制和灯光场景切换。

五. 实验方法与步骤

1、 熟悉灯光控制系统的硬件设备。

2、 连接Lonworks现场总线硬件设备。

3、 熟悉Lonworks设备接口文件说明书，了解设备的工作原理、内部功能块的定义、网络变量及配置参数的含义。

4、 设计触摸屏按键的功能

5、 启动Lonmaker软件，新建一个控制网络工程。

6、 添加现场总线设备。

7、 添加功能块。

8、 连接网络变量，修改配置参数。

9、 监控实时数据。

10、 打开LNS DDE SERVER软件。

11、 使用组态软件设计监控画面、建立实时数据库和动画连接。

六. 思考

1、如何通过计算机实现Lonworks现场总线的监控？

实验四 DCS控制系统的设计与组态

一、实验目的

1、 熟悉DCS控制系统的概念和框架

2、 熟悉DCS控制策略设计

二．实验内容

使用conmaker软件设计一个交通灯控制系统, 用于在十字路口控制两个交通信号。

三．实验设备及仪器

1、 操作员站

2、 和利时DCS工程师站

3、 和利时DCS服务器

4、 和利时DCS现场控制站

四. 注意事项

没有老师的监督，不要打开DCS现场控制站的控制柜。

五. 实验原理

六．实验方法与步骤

1、创建POU

启动ConMaker，选择“文件””新建”。

2、交通信号做什么？

在POU交通信号中，我们给灯光赋予单个的交通信号状态。也就是说，我们要确保红灯在红色状态和黄红状态时点亮，黄灯在黄色和黄红状态时点亮等。

3、等待做什么？

在等待下，我们将编写一个简单的时钟，输入将会接收状态的毫秒单位的时间长度，时间周期一结束就输出TRUE值。

4、顺序做什么？

在顺序中，复合在一起以便于正确的灯光，对于需要的时间周期内在正确的时间点亮。

5、MACS_PRG做什么？

在MACS_PRG中，输入启动信号连接到交通灯顺序并且提供每个灯的颜色指令作为输出。

6、TRAFFICSIGNAL仿真

先编译程序（“工程”,”全部编译”） 登录（”在线” “登录”）。如果你现在选择”在线” “运行”,主程序单步按时间顺序执行。MACS_PRG窗口现在改成监视窗口。双击声明编辑器的加号，变量就会显示出来，可以看单个变量的值。

7、创建一个新的视图

使用ConMaker的视图，可以快速，容易的让工程变量形象化。为交通灯单元绘制两个交通信号和一个ON开关来描述开关过程。

视图实例如下：

:采样工程交通信号的视图

8、启动FacView软件，设计监控画面，实现交通灯的监控。

七. 思考

1、北京和利时DCS控制策略的编程语言有哪几种？

计算机控制系统实践