嵌入式組態(tài)控制技術(shù)（第四版）課件 項(xiàng)目四 工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目描述：根據(jù)客戶需求，在已經(jīng)研發(fā)的工業(yè)水洗機(jī)硬件機(jī)構(gòu)上，采用觸摸屏和可編程控制器進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。要求該電氣控制系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)工業(yè)水洗機(jī)的虛擬仿真運(yùn)行，又能與三菱可編程控制器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控。

工業(yè)水洗機(jī)的工作流程依次為：進(jìn)水、正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)暫停、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)暫停、脫水、排水。操作人員能設(shè)置自動循環(huán)運(yùn)行次數(shù)，系統(tǒng)默認(rèn)為單周期運(yùn)行模式。能力目標(biāo)：1．完成工業(yè)水洗機(jī)虛擬仿真運(yùn)行界面設(shè)計(jì)；2．實(shí)施觸摸屏組態(tài)界面的動畫設(shè)計(jì)；3．掌握運(yùn)行策略編程與組態(tài)虛擬運(yùn)行調(diào)試；4．設(shè)計(jì)PLC程序，完成連機(jī)調(diào)試功能。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)項(xiàng)目分析解決方案設(shè)計(jì)：一、為了實(shí)現(xiàn)客戶的虛實(shí)結(jié)合要求，項(xiàng)目的解決方案是必須在軟件程序設(shè)計(jì)上做變化，整個項(xiàng)目必須開發(fā)觸摸屏腳本程序和PLC控制程序兩套軟件。二、系統(tǒng)分單周期和多周期自動循環(huán)運(yùn)行兩種模式，兩種自動流程均是典型的狀態(tài)流程運(yùn)行模式，因此控制程序的設(shè)計(jì)以狀態(tài)編程方式為主。最后，系統(tǒng)在滿足客戶要求的同時，還要考慮界面的美觀，操作的便捷。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

觸摸屏與PLC的控制系統(tǒng)架構(gòu)為：TPC7062Ti連接三菱FX3U系列PLC驅(qū)動FR-E700系列變頻器控制工業(yè)水洗機(jī)的波輪電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，溫度和液位傳感器為檢測信號。系統(tǒng)的解決方案框架如圖所示：系統(tǒng)解決方案框架圖項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)觸摸屏設(shè)計(jì)思路：根據(jù)制定的系統(tǒng)解決方案，觸摸屏界面的構(gòu)思設(shè)計(jì)如下：(1)在觸摸屏上設(shè)計(jì)一個“虛擬仿真”與“連機(jī)運(yùn)行”的工作模式切換按鈕，實(shí)現(xiàn)腳本程序運(yùn)行與PLC程序聯(lián)動運(yùn)行的自由切換。虛擬仿真運(yùn)行模式可適用于系統(tǒng)前期的仿真測試。在連機(jī)運(yùn)行時，使用PLC聯(lián)動模式，各個控制設(shè)備均由PLC完成控制，完成真實(shí)設(shè)備的連機(jī)調(diào)試。(2)觸摸屏界面能實(shí)時監(jiān)測每個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時顯示每個階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)和動畫效果。(3)觸摸屏系統(tǒng)內(nèi)部同時能記錄運(yùn)行中的各項(xiàng)重要數(shù)據(jù)，便于后期查閱和調(diào)取。(4)整個系統(tǒng)擁有完善的安全機(jī)制，可以對運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警顯示和處理。

項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)任務(wù)1：數(shù)據(jù)庫組態(tài)在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中新建變量，變量名稱和類型參考表：項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

任務(wù)2：窗口組態(tài)項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

觸摸屏界面圍繞組態(tài)軟件整體設(shè)計(jì)思路開發(fā)，要考慮客戶需求和操作人員的便利性，組態(tài)界面上需要把運(yùn)行參數(shù)和功能按鈕都顯示出來，運(yùn)行狀態(tài)和動畫顯示在界面的左側(cè)，按鈕和輸入框設(shè)置在界面的右側(cè)，右手操作時，不會遮擋左側(cè)的動畫和數(shù)據(jù)顯示，同時符合從左往右的視覺習(xí)慣。

組態(tài)控制界面包括虛擬調(diào)試按鈕、開始、停止、復(fù)位四個按鈕，一個循環(huán)運(yùn)行次數(shù)輸入框，一個當(dāng)前運(yùn)行時間顯示框。

打開組態(tài)軟件，在用戶窗口中新建窗口，窗口名：工業(yè)水洗機(jī)。雙擊進(jìn)入用戶窗口，畫面設(shè)計(jì)如圖項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（1）水洗機(jī)圖片裝載設(shè)置。掃描二維碼下載一張水洗機(jī)圖片，256色位圖.bmp格式。在用戶窗口中，選擇“工具箱”中的“位圖”，在畫面上拉出一個馬賽克圖案框，右鍵點(diǎn)擊，選擇“裝載位圖”，如圖項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（2）進(jìn)水閥組態(tài)設(shè)置。通過“工具箱”中的“插入元件”選擇“閥”文件夾中的“閥110”，如圖1-3所示。鼠標(biāo)左鍵雙擊“閥110”，選擇“數(shù)據(jù)對象”，在“填充顏色”上選擇連接“進(jìn)水”變量，如圖1-4所示。（3）進(jìn)水管的組態(tài)設(shè)置。通過“工具箱”中的“流動快”，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊拖拉進(jìn)行連接。流動快的基本屬性設(shè)置如圖1-5所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)在流動塊的流動屬性設(shè)置中，表達(dá)式的值連接“進(jìn)水”，如圖1-6所示。（4）排水閥及排水管的組態(tài)設(shè)置：排水閥的設(shè)計(jì)和進(jìn)水閥一致，但是在“填充顏色”上選擇連接“排水”變量，如圖1-7所示。排水管的組態(tài)設(shè)計(jì)與進(jìn)水管一致，在基本屬性中，塊的顏色可以選擇深藍(lán)色，流動屬性表達(dá)式的值連接“排水”變量。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（5）水洗機(jī)旋轉(zhuǎn)輪的組態(tài)設(shè)置：通過“工具箱”中的“插入元件”選擇“馬達(dá)”文件夾中的“馬達(dá)57”，右鍵點(diǎn)擊該對象，選擇“排列”，再選擇“分解單元”，如圖1-8所示。去掉外圍的圖符模塊，僅保留最中間的6條直線條，如圖1-9所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)雙擊每一根直線條，在動畫組態(tài)屬性設(shè)置中，邊線顏色為黃色，特殊動畫連接選擇“可見度”，如圖1-10所示。每一根直線條的可見度屬性表達(dá)式連接“旋轉(zhuǎn)”，順時針開始的前3根和后3根直線條的旋轉(zhuǎn)數(shù)值分別依次等于：1至3的值，如圖1-11所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)水洗機(jī)上顯示的標(biāo)簽文字設(shè)計(jì)：選擇工具箱中的“標(biāo)簽”功能，標(biāo)簽框放在水洗機(jī)的右上角。屬性設(shè)置為沒有填充顏色，沒有邊線，字符顏色為紅色，特殊動畫連接選擇可見度和閃爍效果，如圖1-12所示。標(biāo)簽文字的顯示有兩種方式：一是通過7個文字標(biāo)簽的可見度表達(dá)式的值的變化依次顯示。另一種是通過字符串形式顯示。第一種顯示方式：在擴(kuò)展屬性的文本內(nèi)容輸入文字：進(jìn)水中···，可見度和閃爍效果的表達(dá)式連接“進(jìn)水”。正轉(zhuǎn)、暫停1、反轉(zhuǎn)、暫停2、排水、脫水這6個開關(guān)變量的標(biāo)簽參照進(jìn)水標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展屬性、可見度和閃爍效果均要連接新的文字和以上這6個開關(guān)變量。再把這7個標(biāo)簽排列在一起，最后參照進(jìn)水標(biāo)簽，完成7個標(biāo)簽的頂邊界對齊和左邊界對齊。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)第二種顯示方式：新建“顯示”字符串變量，標(biāo)簽動畫組態(tài)屬性設(shè)置中的輸入輸出連接選擇“顯示輸出”，該“顯示輸出”功能連接的表達(dá)式是：“顯示”，輸出值類型點(diǎn)擊：字符串輸出，如圖1-13所示。閃爍效果表達(dá)式連接系統(tǒng)內(nèi)部時鐘：$Second。然后在該畫面的屬性中選擇循環(huán)腳本循環(huán)策略中，參照輸入腳本程序：IF正轉(zhuǎn)=1THEN顯示=“正轉(zhuǎn)”等腳本程序。注意：腳本程序中，標(biāo)點(diǎn)符號均為英文狀態(tài)下輸入。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（6）按鈕開關(guān)設(shè)置：從工具箱中選擇“標(biāo)準(zhǔn)按鈕”，開始按鈕的操作屬性設(shè)置中，選擇數(shù)據(jù)對象值操作，功能選擇：取反，變量連接：啟動，如圖1-14所示。停止按鈕的數(shù)據(jù)對象值操作與開始按鈕的設(shè)置一樣。復(fù)位按鈕的數(shù)據(jù)對象值操作中，功能選擇：清0，變量連接：循環(huán)，如圖1-15所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（7）模擬調(diào)試開關(guān)設(shè)置：選擇工具箱中的“動畫按鈕”，在基本屬性中，設(shè)置分段點(diǎn)0的文字為：關(guān)，如圖1-16所示。設(shè)置分段點(diǎn)1的文字參照設(shè)置為：開。設(shè)置變量屬性，如圖1-17所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（8）流程框圖設(shè)計(jì)：選擇工具箱中的“A”標(biāo)簽和直線來繪制畫面，對每一個流程框的標(biāo)簽進(jìn)行如下設(shè)置：靜態(tài)屬性的填充顏色選擇黃色。顏色動畫連接選擇“填充顏色”功能，如圖1-18所示。各個流程框的“填充顏色”功能屬性設(shè)置中，各個表達(dá)式分別連接對應(yīng)的開關(guān)數(shù)據(jù)變量。如圖1-19所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（9）當(dāng)前運(yùn)行時間顯示設(shè)置：選擇工具箱中的“A”標(biāo)簽，標(biāo)簽的輸入輸出連接增加顯示輸出功能，顯示輸出功能的表達(dá)式連接：當(dāng)前時間，如圖1-20所示。（10）循環(huán)運(yùn)行次數(shù)設(shè)置：選擇工具箱中的“ab|”輸入框，輸入框的操作屬性中，對應(yīng)數(shù)據(jù)對象的名稱為：循環(huán)次數(shù)，如圖1-21所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)（11）運(yùn)行警告提示設(shè)置：選擇工具箱中的“A”標(biāo)簽，在警告標(biāo)簽的擴(kuò)展屬性中輸入文字：循環(huán)次數(shù)已滿，請復(fù)位后運(yùn)行，如圖1-22所示。警告標(biāo)簽的閃爍效果和可見度的表達(dá)式連接：模式=0，如圖1-23所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)在完成窗口組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)時，還需要雙擊本窗口的原始基層畫面，進(jìn)行用戶窗口屬性設(shè)置，選擇“循環(huán)策略”，設(shè)置本窗口的專屬腳本，如左圖所示。該部分腳本程序和主要分兩塊內(nèi)容，第一塊內(nèi)容是現(xiàn)實(shí)快速的脫水動作，由于循環(huán)時間設(shè)置成了50ms，所以脫水時，旋轉(zhuǎn)動畫每秒鐘運(yùn)行了20次。頻率較高，旋轉(zhuǎn)動作較快。第二部分內(nèi)容與圖1-13內(nèi)容關(guān)聯(lián)，當(dāng)水洗機(jī)運(yùn)行到對應(yīng)的流程段時，通過腳本程序?qū)崿F(xiàn)字符串輸出，在水洗機(jī)本體上的標(biāo)簽框中顯示雙引號中對應(yīng)的文字內(nèi)容，如右圖所示。IF脫水=1THEN旋轉(zhuǎn)=旋轉(zhuǎn)+1IF旋轉(zhuǎn)>=4THEN旋轉(zhuǎn)=1ENDIFENDIFIF進(jìn)水=1THEN顯示="進(jìn)水中···"IF正轉(zhuǎn)=1THEN顯示="正轉(zhuǎn)"IF反轉(zhuǎn)=1THEN顯示="反轉(zhuǎn)"IF排水=1THEN顯示="排水"IF脫水=1THEN顯示="脫水、排水中···"IF暫停1=1THEN顯示="正轉(zhuǎn)暫停"IF暫停2=1THEN顯示="反轉(zhuǎn)暫停"IF啟動=0THEN顯示=""項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)任務(wù)3：策略組態(tài)控制系統(tǒng)主要由“循環(huán)策略”中的定時器運(yùn)行+腳本程序運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)，該部分“循環(huán)策略”腳本程序?qū)φ麄€組態(tài)工程都有效。循環(huán)策略的基本架構(gòu)如左圖所示。所有策略都是按照設(shè)定的時間循環(huán)運(yùn)行，分為：模式選擇、復(fù)位程序、運(yùn)行程序、定時器4個部分，具體的操作步驟如下：首先，雙擊進(jìn)入“循環(huán)策略”，雙擊“按照設(shè)定的時間循環(huán)運(yùn)行”策略屬性，把策略執(zhí)行方式設(shè)置為：200ms周期循環(huán)，如右圖所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)運(yùn)行模式選擇策略編寫：系統(tǒng)運(yùn)行時，首先要確定循環(huán)運(yùn)行次數(shù)，當(dāng)實(shí)際循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定值時，則系統(tǒng)復(fù)位，停止運(yùn)行。否則，循環(huán)運(yùn)行。模式選擇程序參考圖1-28。由于運(yùn)行模式選擇策略需要在模擬調(diào)試開關(guān)打開的情況下才能運(yùn)行，因此該策略行需要進(jìn)行限制，表達(dá)式設(shè)置為：模擬調(diào)試開關(guān)=1。按照以上運(yùn)行模式設(shè)定程序，復(fù)位模式的策略行條件屬性中，表達(dá)式的值就必須連接“模式”數(shù)據(jù)變量，表達(dá)式設(shè)置為：模式=0AND模擬調(diào)試開關(guān)=1，當(dāng)該表達(dá)式的值為非0時條件成立，如圖1-29所示。IF循環(huán)>循環(huán)次數(shù)THEN模式=0ELSE模式=1ENDIF項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)復(fù)位程序的設(shè)計(jì)思路為復(fù)位所有運(yùn)行參數(shù)，因此可以直接把運(yùn)行中的實(shí)時數(shù)據(jù)設(shè)置成“0”，如圖1-30所示。工業(yè)水洗機(jī)自動運(yùn)行程序設(shè)計(jì)時，運(yùn)行模式的策略行條件屬性與復(fù)位模式類似，僅需要把表達(dá)式設(shè)置為：模式=1AND模擬調(diào)試開關(guān)=1，如圖1-31所示。計(jì)時條件=0當(dāng)前時間=0復(fù)位條件=1計(jì)時狀態(tài)=0啟動=0進(jìn)水=0正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=0排水=0脫水=0完成=0項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)自動運(yùn)行程序主要分一下三塊：第一塊程序的內(nèi)容為整個運(yùn)行程序的啟動和停止，當(dāng)按下啟動按鈕時，系統(tǒng)開始運(yùn)行，定時器開始計(jì)時，樣例程序可以參考左圖。第二塊程序的內(nèi)容為水洗機(jī)旋轉(zhuǎn)動畫的控制，當(dāng)水洗機(jī)正轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)數(shù)值不斷加1，當(dāng)水洗機(jī)反轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)數(shù)值不斷減1，參考程序如右圖所示。IF啟動=1THEN復(fù)位條件=0計(jì)時條件=1ELSE復(fù)位條件=1計(jì)時條件=0正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=0ENDIFIF正轉(zhuǎn)=1AND反轉(zhuǎn)=0THEN旋轉(zhuǎn)=旋轉(zhuǎn)+1IF旋轉(zhuǎn)>=4THEN旋轉(zhuǎn)=1ENDIFENDIFIF反轉(zhuǎn)=1AND正轉(zhuǎn)=0THEN旋轉(zhuǎn)=旋轉(zhuǎn)-1IF旋轉(zhuǎn)<=0THEN旋轉(zhuǎn)=3ENDIFENDIF項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)第二塊程序的內(nèi)容為水洗機(jī)根據(jù)定時器的當(dāng)前值運(yùn)轉(zhuǎn)于不同流程之間。當(dāng)運(yùn)行到單次流程結(jié)束時，循環(huán)次數(shù)自動加1，自動運(yùn)行流程的參考程序如圖1-34所示。IF當(dāng)前時間>0AND當(dāng)前時間<10THEN開始=1進(jìn)水=1ELSE開始=0進(jìn)水=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=10AND當(dāng)前時間<25THEN正轉(zhuǎn)=1反轉(zhuǎn)=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=25AND當(dāng)前時間<30THEN正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=0暫停1=1ELSE暫停1=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=30AND當(dāng)前時間<45THEN正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=1ENDIFIF當(dāng)前時間>=45AND當(dāng)前時間<50THEN正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=0暫停2=1ELSE暫停2=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=50AND當(dāng)前時間<60THEN排水1=1正轉(zhuǎn)=0反轉(zhuǎn)=0ELSE排水1=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=60AND當(dāng)前時間<80THEN脫水=1排水2=1ELSE脫水=0排水2=0ENDIFIF排水1=1or排水2=1THEN排水=1ELSE排水=0ENDIFIF當(dāng)前時間>=83AND當(dāng)前時間<85THEN完成=1計(jì)時條件=0復(fù)位條件=1循環(huán)=循環(huán)+1ELSE完成=0ENDIF項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)定時器策略編寫：由于工業(yè)水洗機(jī)是按每個流程的時間節(jié)點(diǎn)一步步運(yùn)行的。所以首先要設(shè)置一個定時器。點(diǎn)擊菜單欄的“新增策略行”，通過策略工具箱添加定時器功能和腳本程序。在模擬運(yùn)行調(diào)試打開的情況下，定時器需要時刻按照計(jì)時條件和復(fù)位條件來啟停運(yùn)行，因此，定時器的表達(dá)式設(shè)置為：模擬調(diào)試開關(guān)=1，如圖1-35所示。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)雙擊打開定時器，在基本屬性中連接對應(yīng)的數(shù)據(jù)變量值，如圖1-36所示。該定時器的工作原理是：設(shè)定值為定時器設(shè)定的目標(biāo)初值，當(dāng)前值為定時器開始計(jì)時后的實(shí)時時間。當(dāng)計(jì)時條件為1時，定時器開始工作，當(dāng)計(jì)時條件為0時，定時器暫停工作。當(dāng)復(fù)位條件為1時，當(dāng)前值和計(jì)時狀態(tài)均被復(fù)位，定時器恢復(fù)到初始狀態(tài)。復(fù)位條件為0時，定時器才能恢復(fù)工作。若當(dāng)前值大于等于設(shè)定值，計(jì)時狀態(tài)等于1。若當(dāng)前值小于設(shè)定值，計(jì)時狀態(tài)等于0。項(xiàng)目四：工業(yè)水洗機(jī)控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)任務(wù)4：運(yùn)行調(diào)試在組態(tài)界面設(shè)計(jì)中，可以多次模擬運(yùn)行，查看設(shè)置中出現(xiàn)的問題，通過查閱資料、老師指點(diǎn)或者軟件幫助解決問題和故障。組態(tài)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊工程下載并進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，依次選擇：模擬運(yùn)行-工程下載-啟動運(yùn)行，打開模擬調(diào)試開關(guān)，按下開始按鈕，查看系統(tǒng)的運(yùn)行情況，水洗