嵌入式組態(tài)控制技術（第四版）課件 項目四 工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計

項目描述：根據(jù)客戶需求，在已經(jīng)研發(fā)的工業(yè)水洗機硬件機構上，采用觸摸屏和可編程控制器進行電氣控制系統(tǒng)設計開發(fā)。要求該電氣控制系統(tǒng)既能實現(xiàn)工業(yè)水洗機的虛擬仿真運行，又能與三菱可編程控制器系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控。

工業(yè)水洗機的工作流程依次為：進水、正轉、正轉暫停、反轉、反轉暫停、脫水、排水。操作人員能設置自動循環(huán)運行次數(shù)，系統(tǒng)默認為單周期運行模式。能力目標：1．完成工業(yè)水洗機虛擬仿真運行界面設計；2．實施觸摸屏組態(tài)界面的動畫設計；3．掌握運行策略編程與組態(tài)虛擬運行調(diào)試；4．設計PLC程序，完成連機調(diào)試功能。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計項目分析解決方案設計：一、為了實現(xiàn)客戶的虛實結合要求，項目的解決方案是必須在軟件程序設計上做變化，整個項目必須開發(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)運行兩種模式，兩種自動流程均是典型的狀態(tài)流程運行模式，因此控制程序的設計以狀態(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。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計

觸摸屏與PLC的控制系統(tǒng)架構為：TPC7062Ti連接三菱FX3U系列PLC驅(qū)動FR-E700系列變頻器控制工業(yè)水洗機的波輪電動機旋轉，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)解決方案框架圖項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計觸摸屏設計思路：根據(jù)制定的系統(tǒng)解決方案，觸摸屏界面的構思設計如下：(1)在觸摸屏上設計一個“虛擬仿真”與“連機運行”的工作模式切換按鈕，實現(xiàn)腳本程序運行與PLC程序聯(lián)動運行的自由切換。虛擬仿真運行模式可適用于系統(tǒng)前期的仿真測試。在連機運行時，使用PLC聯(lián)動模式，各個控制設備均由PLC完成控制，完成真實設備的連機調(diào)試。(2)觸摸屏界面能實時監(jiān)測每個設備的運行狀態(tài)，實時顯示每個階段的運行數(shù)據(jù)和動畫效果。(3)觸摸屏系統(tǒng)內(nèi)部同時能記錄運行中的各項重要數(shù)據(jù)，便于后期查閱和調(diào)取。(4)整個系統(tǒng)擁有完善的安全機制，可以對運行過程中的數(shù)據(jù)進行報警顯示和處理。

項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計任務1：數(shù)據(jù)庫組態(tài)在實時數(shù)據(jù)庫中新建變量，變量名稱和類型參考表：項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計

任務2：窗口組態(tài)項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計

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

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

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。雙擊進入用戶窗口，畫面設計如圖項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（1）水洗機圖片裝載設置。掃描二維碼下載一張水洗機圖片，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，右鍵點擊，選擇“裝載位圖”，如圖項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（2）進水閥組態(tài)設置。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“進水”變量，如圖1-4所示。（3）進水管的組態(tài)設置。通過“工具箱”中的“流動快”，通過鼠標點擊拖拉進行連接。流動快的基本屬性設置如圖1-5所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計在流動塊的流動屬性設置中，表達式的值連接“進水”，如圖1-6所示。（4）排水閥及排水管的組態(tài)設置：排水閥的設計和進水閥一致，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)設計與進水管一致，在基本屬性中，塊的顏色可以選擇深藍色，流動屬性表達式的值連接“排水”變量。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（5）水洗機旋轉輪的組態(tài)設置：通過“工具箱”中的“插入元件”選擇“馬達”文件夾中的“馬達57”，右鍵點擊該對象，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。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計雙擊每一根直線條，在動畫組態(tài)屬性設置中，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式連接“旋轉”，順時針開始的前3根和后3根直線條的旋轉數(shù)值分別依次等于：1至3的值，如圖1-11所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計水洗機上顯示的標簽文字設計：選擇工具箱中的“標簽”功能，標簽框放在水洗機的右上角。屬性設置為沒有填充顏色，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。標簽文字的顯示有兩種方式：一是通過7個文字標簽的可見度表達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：在擴展屬性的文本內(nèi)容輸入文字：進水中···，可見度和閃爍效果的表達式連接“進水”。正轉、暫停1、反轉、暫停2、排水、脫水這6個開關變量的標簽參照進水標簽來實現(xiàn)。擴展屬性、可見度和閃爍效果均要連接新的文字和以上這6個開關變量。再把這7個標簽排列在一起，最后參照進水標簽，完成7個標簽的頂邊界對齊和左邊界對齊。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計第二種顯示方式：新建“顯示”字符串變量，標簽動畫組態(tài)屬性設置中的輸入輸出連接選擇“顯示輸出”，該“顯示輸出”功能連接的表達式是：“顯示”，輸出值類型點擊：字符串輸出，如圖1-13所示。閃爍效果表達式連接系統(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=1THEN顯示=“正轉”等腳本程序。注意：腳本程序中，標點符號均為英文狀態(tài)下輸入。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（6）按鈕開關設置：從工具箱中選擇“標準按鈕”，開始按鈕的操作屬性設置中，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置一樣。復位按鈕的數(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。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（7）模擬調(diào)試開關設置：選擇工具箱中的“動畫按鈕”，在基本屬性中，設置分段點0的文字為：關，如圖1-16所示。設置分段點1的文字參照設置為：開。設置變量屬性，如圖1-17所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（8）流程框圖設計：選擇工具箱中的“A”標簽和直線來繪制畫面，對每一個流程框的標簽進行如下設置：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”功能屬性設置中，各個表達式分別連接對應的開關數(shù)據(jù)變量。如圖1-19所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（9）當前運行時間顯示設置：選擇工具箱中的“A”標簽，標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式連接：當前時間，如圖1-20所示。（10）循環(huán)運行次數(shù)設置：選擇工具箱中的“ab|”輸入框，輸入框的操作屬性中，對應數(shù)據(jù)對象的名稱為：循環(huán)次數(shù)，如圖1-21所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計（11）運行警告提示設置：選擇工具箱中的“A”標簽，在警告標簽的擴展屬性中輸入文字：循環(huán)次數(shù)已滿，請復位后運行，如圖1-22所示。警告標簽的閃爍效果和可見度的表達式連接：模式=0，如圖1-23所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計在完成窗口組態(tài)畫面的設計時，還需要雙擊本窗口的原始基層畫面，進行用戶窗口屬性設置，選擇“循環(huán)策略”，設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)實快速的脫水動作，由于循環(huán)時間設置成了50ms，所以脫水時，旋轉動畫每秒鐘運行了20次。頻率較高，旋轉動作較快。第二部分內(nèi)容與圖1-13內(nèi)容關聯(lián)，當水洗機運行到對應的流程段時，通過腳本程序?qū)崿F(xiàn)字符串輸出，在水洗機本體上的標簽框中顯示雙引號中對應的文字內(nèi)容，如右圖所示。IF脫水=1THEN旋轉=旋轉+1IF旋轉>=4THEN旋轉=1ENDIFENDIFIF進水=1THEN顯示="進水中···"IF正轉=1THEN顯示="正轉"IF反轉=1THEN顯示="反轉"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="正轉暫停"IF暫停2=1THEN顯示="反轉暫停"IF啟動=0THEN顯示=""項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計任務3：策略組態(tài)控制系統(tǒng)主要由“循環(huán)策略”中的定時器運行+腳本程序運行來實現(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)策略的基本架構如左圖所示。所有策略都是按照設定的時間循環(huán)運行，分為：模式選擇、復位程序、運行程序、定時器4個部分，具體的操作步驟如下：首先，雙擊進入“循環(huán)策略”，雙擊“按照設定的時間循環(huán)運行”策略屬性，把策略執(zhí)行方式設置為：200ms周期循環(huán)，如右圖所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計運行模式選擇策略編寫：系統(tǒng)運行時，首先要確定循環(huán)運行次數(shù)，當實際循環(huán)次數(shù)大于設定值時，則系統(tǒng)復位，停止運行。否則，循環(huán)運行。模式選擇程序參考圖1-28。由于運行模式選擇策略需要在模擬調(diào)試開關打開的情況下才能運行，因此該策略行需要進行限制，表達式設置為：模擬調(diào)試開關=1。按照以上運行模式設定程序，復位模式的策略行條件屬性中，表達式的值就必須連接“模式”數(shù)據(jù)變量，表達式設置為：模式=0AND模擬調(diào)試開關=1，當該表達式的值為非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項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計復位程序的設計思路為復位所有運行參數(shù)，因此可以直接把運行中的實時數(shù)據(jù)設置成“0”，如圖1-30所示。工業(yè)水洗機自動運行程序設計時，運行模式的策略行條件屬性與復位模式類似，僅需要把表達式設置為：模式=1AND模擬調(diào)試開關=1，如圖1-31所示。計時條件=0當前時間=0復位條件=1計時狀態(tài)=0啟動=0進水=0正轉=0反轉=0排水=0脫水=0完成=0項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計自動運行程序主要分一下三塊：第一塊程序的內(nèi)容為整個運行程序的啟動和停止，當按下啟動按鈕時，系統(tǒng)開始運行，定時器開始計時，樣例程序可以參考左圖。第二塊程序的內(nèi)容為水洗機旋轉動畫的控制，當水洗機正轉時，旋轉數(shù)值不斷加1，當水洗機反轉時，旋轉數(shù)值不斷減1，參考程序如右圖所示。IF啟動=1THEN復位條件=0計時條件=1ELSE復位條件=1計時條件=0正轉=0反轉=0ENDIFIF正轉=1AND反轉=0THEN旋轉=旋轉+1IF旋轉>=4THEN旋轉=1ENDIFENDIFIF反轉=1AND正轉=0THEN旋轉=旋轉-1IF旋轉<=0THEN旋轉=3ENDIFENDIF項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計第二塊程序的內(nèi)容為水洗機根據(jù)定時器的當前值運轉于不同流程之間。當運行到單次流程結束時，循環(huán)次數(shù)自動加1，自動運行流程的參考程序如圖1-34所示。IF當前時間>0AND當前時間<10THEN開始=1進水=1ELSE開始=0進水=0ENDIFIF當前時間>=10AND當前時間<25THEN正轉=1反轉=0ENDIFIF當前時間>=25AND當前時間<30THEN正轉=0反轉=0暫停1=1ELSE暫停1=0ENDIFIF當前時間>=30AND當前時間<45THEN正轉=0反轉=1ENDIFIF當前時間>=45AND當前時間<50THEN正轉=0反轉=0暫停2=1ELSE暫停2=0ENDIFIF當前時間>=50AND當前時間<60THEN排水1=1正轉=0反轉=0ELSE排水1=0ENDIFIF當前時間>=60AND當前時間<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當前時間>=83AND當前時間<85THEN完成=1計時條件=0復位條件=1循環(huán)=循環(huán)+1ELSE完成=0ENDIF項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計定時器策略編寫：由于工業(yè)水洗機是按每個流程的時間節(jié)點一步步運行的。所以首先要設置一個定時器。點擊菜單欄的“新增策略行”，通過策略工具箱添加定時器功能和腳本程序。在模擬運行調(diào)試打開的情況下，定時器需要時刻按照計時條件和復位條件來啟停運行，因此，定時器的表達式設置為：模擬調(diào)試開關=1，如圖1-35所示。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計雙擊打開定時器，在基本屬性中連接對應的數(shù)據(jù)變量值，如圖1-36所示。該定時器的工作原理是：設定值為定時器設定的目標初值，當前值為定時器開始計時后的實時時間。當計時條件為1時，定時器開始工作，當計時條件為0時，定時器暫停工作。當復位條件為1時，當前值和計時狀態(tài)均被復位，定時器恢復到初始狀態(tài)。復位條件為0時，定時器才能恢復工作。若當前值大于等于設定值，計時狀態(tài)等于1。若當前值小于設定值，計時狀態(tài)等于0。項目四：工業(yè)水洗機控制系統(tǒng)解決方案設計任務4：運行調(diào)試在組態(tài)界面設計中，可以多次模擬運行，查看設置中出現(xiàn)的問題，通過查閱資料、老師指點或者軟件幫助解決問題和故障。組態(tài)設置完成后，點擊工程下載并進入運行環(huán)境，依次選擇：模擬運行-工程下載-啟動運行，打開模擬調(diào)試開關，按下開始按鈕，查看系統(tǒng)的運行情況，水洗