西門子人機界面（觸摸屏）組態(tài)與應用技術 第4版 課件 第9章 人機界面應用實例

9.1控制系統(tǒng)功能簡介與PLC程序設計1．系統(tǒng)功能與機械結(jié)構(gòu)某物料控制系統(tǒng)按一定的比例將2～4種顆粒狀的物料混合在一起，4種物料放在4個金屬倉內(nèi)，每個倉的底部安裝了一個氣缸控制的插板閥，電磁閥線圈通電時插板閥打開，物料流出。斷電時插板閥關閉，物料停止流出。秤斗和混合倉都是底部為圓錐形的金屬料斗，秤斗用稱重傳感器測量物料和秤斗的總重量，攪拌器用攪漿攪動混合倉內(nèi)的物料顆粒。秤斗和混合倉底部的插板閥用于放出物料。第9章人機界面應用實例2．創(chuàng)建項目打開名為“HMI綜合應用”的項目，PLC_1為CPU1214C，HMI_1為KTP400Comfort。3．主程序的設計

主程序根據(jù)自動/手動開關I0.0的狀態(tài)，在OB1中調(diào)用自動程序FC2或手動程序FC1。起動自動運行的條件如下：各電磁閥關閉和攪拌器電動機停機（Q0.2～Q1.0均為0狀態(tài)）；秤斗和混合倉中的物料均被排空（變量“總重量”和“混合倉料位”的值為0）。滿足上述條件時變量“起動條件”為1狀態(tài)。在手動模式時如果滿足自動運行的起動條件，將順序功能圖的初始步對應的變量“初始步”（M5.0）置位為1，允許起動自動運行。反之將M5.0復位為0，禁止起動自動運行。

從自動模式切換到手動模式時（即自動/手動開關的下降沿），用字邏輯與指令（AND）將順序功能圖中各步對應的M5.0～M5.7清零，同時用AND指令將Q0.2～Q1.0清零，關閉各電磁閥，令攪拌器電動機停機。為了在仿真調(diào)試時模擬進料過程，組態(tài)按下主畫面或手動畫面上的“進料”按鈕時，變量“進料標志”（M6.7）被置位，釋放該按鈕時M6.7被復位。打開任意一個進料閥時，每單擊一次該按鈕，變量“總重量”的值如果小于600（其單位為0.1kg），它將增大1kg。從手動模式切換到自動模式時，將手動模式用于顯示操作時間的計數(shù)器當前值清零。在出現(xiàn)缺料信號、外部故障信息，和出現(xiàn)攪拌器電動機轉(zhuǎn)速過高的故障時，關閉各閥門和電動機，復位順序功能圖中的各步對應的M位，將連續(xù)標志清0，并通過報警視圖發(fā)出報警信號。4．實際的物料總重量的計算

變量

“總重量”僅用于程序的模擬調(diào)試。實際的程序應刪除“總重量”

的控制電路。假設電子秤的量程為0～60kg，AI模塊的量程為DC±10V。將AI模塊輸出的數(shù)字值N轉(zhuǎn)換為秤斗總重量（單位為0.1kg）的公式為秤斗總重量＝600×N/27648秤斗總重量減去秤斗本身的重量，得到物料總重量。當前物料總重量減去進上一種料結(jié)束時的物料總重量，得到正在進的料的重量。5．自動程序的設計物料混合系統(tǒng)的自動控制程序?qū)儆诘湫偷捻樞蚩刂瞥绦颍庙樞蚬δ軋D和順序控制設計法來設計自動控制程序。滿足起動條件時，初始步M5.0為1狀態(tài)。單擊主畫面上的“起動”按鈕M1.0或外接的起動按鈕I0.1，“連續(xù)標志”M6.6變?yōu)?狀態(tài)，從初始步切換到步M5.1。主畫面上的1號進料閥變?yōu)榧t色，該閥打開。進料達到配方設定的值時，1號料停止進料，自動改為進2號料，直到進完所有的料。進完所有的料后，秤斗底部的秤放料閥自動打開，將物料放入秤斗下面的混合倉。與此同時定時器“秤放料TON”（簡稱為T0）開始定時，其當前值不斷增大。當前值等于預設值時定時結(jié)束，"秤放料TON".Q的常開觸點閉合，切換到步M5.6，T0的當前值被清零，秤放料閥關閉，攪拌器開始攪拌混合倉內(nèi)的物料。經(jīng)過定時器“攪拌TON”（簡稱為T1）設定的時間后，切換到步M5.7。攪拌器停止運行，混合倉底部的放成品閥打開，放出混合好的物料。經(jīng)過定時器“放成品TON”（簡稱為T2）設定的時間后，關閉放成品閥。因為變量“連續(xù)標志”M6.6為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M6.6*T2滿足，返回步M5.1，開始下一工作周期的工作。

單擊觸摸屏上的“停止”按鈕或外部的停止按鈕后正常停機，“連續(xù)標志”M6.6變?yōu)?狀態(tài)，但是不會馬上停止運行，要等到完成最后一次的流程（包括進料、秤斗放料、攪拌和混合倉放料），步M5.7之后左邊的轉(zhuǎn)換條件滿足時，返回初始步M5.0后停機。6．顯示秤斗與攪拌倉中料位的程序秤斗與攪拌倉中的物料料位用棒圖功能來顯示，秤斗中的料位與變量“總重量”成正比。因為沒有檢測混合倉中的料位，用程序來計算混合倉的料位。

雙擊項目樹的文件夾“PLC_1”中的“設備組態(tài)”，打開PLC的設備視圖，選中CPU模塊后，再選中巡視窗口中的“屬性

>常規(guī)

>時鐘存儲器”，勾選復選框“時鐘存儲器”，設置“存儲器字節(jié)”為4，即設置MB4為時鐘存儲器。其中的M4.1的周期為200ms，M4.5的周期為1s。主畫面上秤斗和混合倉的高度相同，棒圖滿量程對應的物料重量為60kg。在秤斗向混合倉放料的過程中，秤斗中物料大于等于1kg時，每200ms令秤斗中的物料減少1kg，混合倉中的物料增加1kg，就能保持兩個倉料位之間的協(xié)調(diào)變化。7．手動程序設計在手動模式時單擊手動畫面上的“進1號料”按鈕，手動程序中的變量“進1號料按鈕2”變?yōu)?狀態(tài)，“進1號料閥”的線圈通電并自保持，該閥門打開，畫面上該閥門變?yōu)榧t色。單擊“停止”按鈕，變量“停止按鈕2”的常閉觸點斷開，“進1號料閥”的線圈斷電，畫面上的閥門變?yōu)榛疑?個進料閥和秤放料閥之間有連鎖，同時只能打開一個閥門。剛打開進1號料閥時，用MOVE指令將當時的物料總重量記憶在變量“初始總重量”中。在進1號料的過程中，用減法指令SUB計算出來的當前總重量與初始總重量之差即為1號料的重量。其余3種料的進料控制程序與1號料的類似。為了顯示出手動時各段時間從零逐漸增大的值，分別用3個計數(shù)器和10Hz時鐘脈沖來累計3段時間，它們使用加計數(shù)器指令CTU，符號地址分別為“秤放料CTU”“攪拌CTU”和“放成品CTU”。單擊畫面上的“秤放料”按鈕，“秤放料閥”的線圈通電，電路中有連鎖?！癈lock_10Hz”的常開觸點每100ms通、斷一次，使“秤放料CTU”的當前值加1。在手動畫面上，以100ms為單位用輸出域顯示加計數(shù)器“秤放料CTU”的當前值（即秤放料經(jīng)過的時間）。它的設定值PV在1000s的時候才起作用，所以沒有什么實際的意義。在秤放料閥打開時，“Clock_5Hz”每200ms將秤斗中物料的總重量減1kg，將混合倉中物料的重量加1kg，這樣能使兩個倉中的物料協(xié)調(diào)變化。程序中重量的單位為0.1kg。單擊“放成品”按鈕，“放成品閥”的線圈通電并自保持。“Clock_5Hz”每200ms將混合倉中物料的總重量減1kg。打開放成品閥時，將各種料的重量清零。打開秤放料閥時，將各操作時間值清零。9.2觸摸屏畫面組態(tài)9.2.1畫面的總體規(guī)劃1．確定需要設置的畫面需要設置初始畫面、自動運行畫面（主畫面）、手動畫面、設備狀態(tài)畫面（用于顯示各主要變量的當前值和4種物料的累加值）、用戶管理畫面、配方畫面、報警畫面和用于顯示攪拌器電動機轉(zhuǎn)速的趨勢曲線。

2．畫面切換關系與初始畫面開機后顯示初始畫面，通過畫面切換按鈕，可以從初始畫面切換到所有的其他畫面，其他畫面用永久性區(qū)域的“初始畫面”切換按鈕返回初始畫面。初始畫面之外的畫面不能相互切換，需要經(jīng)過初始畫面的“中轉(zhuǎn)”來切換。3．組態(tài)永久性區(qū)域

在永久性區(qū)域放置日期時間域、切換到初始畫面的按鈕，和連接變量“自動/手動開關”的符號I/O域，其模式為“雙狀態(tài)”，兩種狀態(tài)分別顯示“自動模式”和“手動模式”。9.2.2畫面組態(tài)1．自動畫面監(jiān)控自動模式運行的畫面稱為自動畫面，又稱為主畫面。開機后進入初始畫面，單擊“主畫面”按鈕，進入主畫面，永久性區(qū)域中的符號I/O域顯示“手動模式”。主畫面給出了系統(tǒng)的示意圖，用棒圖顯示秤斗內(nèi)和混合倉內(nèi)物料的高度，畫面上的I/O域均為輸出模式。在畫面上顯示來自配方的各物料的值和定時時間的設定值?！翱傊亓俊笔请娮映映佣穬?nèi)物料的總重量?！捌饎印焙汀巴Ｖ埂卑粹o用于起動和停止自動運行，“進料”按鈕僅用于仿真調(diào)試。

2．生成閥門的圖形I/O域?qū)⒐ぞ呦涞摹皥D形”窗格的“\WinCC圖形文件夾\Equipment\Automation[EMF]\Valves”文件夾中的灰色閥門拖拽到畫面上適當?shù)牡胤?。選中它以后復制它，再粘貼到Visio的“畫面”上。將它另存為JPEG格式的圖形文件“閥門OFF”。用同樣的方法，將Valves文件夾中紅色的相同形狀的閥門另存為JPEG格式的文件“閥門ON”。將工具箱的“圖形I/O域”拖拽到主畫面上，設置它的模式為“雙狀態(tài)”。單擊“關：”選擇框右側(cè)的按鈕，單擊出現(xiàn)的圖形對象列表左下角的按鈕，找到并雙擊圖形文件“閥門OFF”，它被保存到圖形對象列表中。用同樣的方法，設置閥門打開時的圖形文件為“閥門ON”。用同樣的方法生成其他閥門對應的圖形I/O域。3．手動畫面運行時令自動/手動開關I0.0為0狀態(tài)，永久性區(qū)域中的符號I/O域顯示“手動模式”。在手動模式，用手動畫面上的按鈕分別打開6個閥，和啟動攪拌器電動機，操作的保持功能是用PLC的程序?qū)崿F(xiàn)的。按“停止”按鈕將停止當前被起動的操作。各按鈕左側(cè)的指示燈用來顯示PLC對應的輸出信號的狀態(tài)，按鈕右側(cè)的輸出域是進料的重量和各段運行時間的當前值，操作人員用這些輸出域的值來判斷應該在什么時候用停止按鈕停止當前正在執(zhí)行的操作?！斑M料”按鈕用于仿真調(diào)試。4．設備狀態(tài)畫面設備狀態(tài)畫面除了顯示4種物料的當前重量和3段運行時間的值之外，還顯示4種物料的累加值和攪拌器的轉(zhuǎn)速?！扒謇奂又怠卑粹o用于清除4種物料的累加值。單擊該按鈕，用系統(tǒng)函數(shù)“設置變量”分別將4種物料的累加值清零。5．用戶管理畫面用戶管理畫面組態(tài)了用戶視圖，和“登錄用戶”“注銷用戶”按鈕。在組態(tài)用戶組時，設置了“訪問配方畫面”和“清累加值”權限。

在用戶組編輯器中，設置各組用戶的權限。管理員組擁有所有的權限，操作員組僅有清累加器的權限，班組長組有訪問配方畫面和清累加值權限。在組態(tài)用戶時，設置操作員組的LiMing的密碼為1000，班組長組的WangLan的密碼為2000，管理員組的Admin的密碼為9000。選中初始畫面的“配方畫面”按鈕，再選中巡視窗口的“安全”，將訪問配方畫面的權限“Monitor”分配給該按鈕。在組態(tài)“設備狀態(tài)”畫面時，選中“清累加值”按鈕，再選中巡視窗口的“安全”，將清累加器的權限“Operate”分配給該按鈕。6．組態(tài)配方和配方畫面

物料混合系統(tǒng)用配方來提供生產(chǎn)工藝參數(shù)。打開配方編輯器，查看它的配方元素和數(shù)據(jù)記錄，物料的重量為零表示產(chǎn)品不使用該物料。除此之外，配方中還有單位為ms的秤斗放料、攪拌和放成品的時間預設值。選中名為“1號產(chǎn)品”的配方，再選中巡視窗口的“同步”，只選中“同步配方變量”復選框。在配方畫面上組態(tài)了配方視圖，和“打印配方報表”按鈕。7．組態(tài)報警畫面與報警窗口秤斗上的1～4號料的料斗無料時，PLC發(fā)出缺料報警消息，將“事故信息”字MW2的第0位～第3位中的對應位置1。出現(xiàn)外部故障時，“事故信息”字MW2的第4位變?yōu)?狀態(tài)。

打開“HMI報警”編輯器，在“離散量報警”選項卡中組態(tài)5個離散量報警。攪拌器電動機用變頻器驅(qū)動，在“模擬量報警”選項卡組態(tài)“轉(zhuǎn)速過高”報警，轉(zhuǎn)速測量值大于1500轉(zhuǎn)/min時發(fā)出“轉(zhuǎn)速過高”報警。打開報警畫面，選中報警視圖，再選中巡視窗口的“常規(guī)”，用單選框選中“報警緩沖區(qū)”，啟用報警類別Error和System。在全局畫面上放置一個報警窗口和一個報警指示器，選中報警窗口后再選中巡視窗口的“常規(guī)”，用單選框選中“當前報警狀態(tài)”，用復選框選中“未決報警”，僅啟用了報警類別Error。報警指示器被組態(tài)用于顯示未確認和未離開的Error類別報警。9.3系統(tǒng)的仿真調(diào)試9.3.1使用變量仿真器調(diào)試比較復雜的系統(tǒng)可以首先用變量仿真器調(diào)試，檢查HMI設備的某些功能。1．檢查畫面切換功能啟動“使用變量仿真器”，打開仿真面板。在初始畫面單擊各畫面切換按鈕，觀察是否能切換到對應的畫面。在非初始畫面單擊永久性區(qū)域中的“初始畫面”按鈕，觀察是否能返回初始畫面。2．檢查用戶管理功能單擊初始畫面的“用戶管理”按鈕，打開用戶管理畫面。單擊“登錄用戶”按鈕，輸入管理員Admin的用戶名和密碼9000，確認后用戶視圖應出現(xiàn)所有用戶的用戶信息。觀察管理員此時是否能修改其他用戶的名稱和密碼，修改后的密碼是否起作用。退出登錄后，檢查“設備狀態(tài)”畫面的“清累加值”按鈕的保護功能，具有“清累加器”權限的用戶Liming（密碼為1000）登錄成功后，才能對該按鈕進行操作。3．檢查配方功能具有相應權限的用戶Wanglan（密碼為2000）登錄成功后，單擊初始畫面的“配方畫面”按鈕，打開配方畫面。選中某一條配方數(shù)據(jù)記錄，返回初始畫面后切換到主畫面，觀察畫面左邊的I/O域是否是選中的配方數(shù)據(jù)記錄的元素值。4．檢查趨勢視圖

打開趨勢視圖畫面，在變量仿真器中將攪拌機轉(zhuǎn)速測量值的“模擬”方式設置為“增量”，最大值和最小值分別為1200轉(zhuǎn)/分和1400轉(zhuǎn)/分，周期為10s，勾選“開始”復選框，轉(zhuǎn)速曲線的波形應為鋸齒波。9.3.2集成仿真調(diào)試選中項目樹中的“PLC_1”，單擊工具欄上的“啟動仿真”按鈕，將程序下載到仿真PLC，將CPU切換到RUN模式。單擊S7?PLCSIM左邊的

按鈕，切換到仿真視圖，生成一個SIM表。在SIM表中生成變量“自動/手動開關”“攪拌轉(zhuǎn)速測量值”“事故信息”和“1號料配方值”。單擊SIM表中的監(jiān)視按鈕

，啟動SIM表的監(jiān)控功能。選中項目樹中的“HMI_1”，單擊工具欄的“開始仿真”按鈕，編譯成功后，出現(xiàn)仿真面板，顯示初始畫面。此時I0.0為0狀態(tài)，系統(tǒng)處于手動模式。切換到主畫面，因為滿足了起動條件，順序功能圖的初始步M5.0為1狀態(tài)，主畫面上的“初始步”指示燈亮。1．配方畫面的調(diào)試勾選S7-PLCSIM中I0.0對應的小方框，令自動/手動開關為1狀態(tài)，系統(tǒng)處于自動模式，調(diào)試自動程序。首先需要將HMI中的某個配方數(shù)據(jù)記錄傳送到PLC。為此返回初始畫面，單擊“配方畫面”按鈕，出現(xiàn)登錄對話框，輸入用戶名“Wanglan”和密碼2000后確認。再次單擊“配方畫面”按鈕，打開配方畫面，選擇一個配方數(shù)據(jù)記錄。在組態(tài)配方的“同步”屬性時，只勾選了“同步配方變量”復選框，配方視圖、配方變量和PLC都是直接連通的。用配方視圖選中某個配方數(shù)據(jù)記錄后，它的各配方元素的值馬上傳送到PLC對應的地址。修改配方視圖中1號原料的值以后，需要單擊配方視圖中的“寫入PLC”按鈕，才能將它傳送到PLC。修改S7-PLCSIM中的1號原料的值以后，需要單擊配方視圖中的“從PLC讀取”按鈕，才能將它傳送到配方視圖。2．主畫面的仿真調(diào)試返回初始畫面后，打開主畫面，可以看到畫面左邊“配方值”區(qū)域的輸出域中的配方元素的值。如果采用集成仿真，為了模擬調(diào)試自動程序，在程序中用變量名為“總重量”的MW60來替代模擬量輸入的轉(zhuǎn)換值，在主畫面和手動畫面上臨時增設“進料”按鈕，每按一次“進料”按鈕，“總重量”增加1kg。單擊畫面上的“起動”按鈕，“連續(xù)標志”（M6.6）指示燈亮，1號進料閥打開（變?yōu)榧t色）。多次單擊“進料”按鈕，變量“總重量”和“1號料”的值不斷增大。

1號料進入料斗的重量達到配方給出的設定值時，1號進料閥自動關閉（變?yōu)榛疑?號進料閥自動打開。4種料都按設定值進完后，秤斗放料閥自動打開，“秤放料”定時器開始定時，其剩余時間值不斷減小。程序中的“200ms時鐘”使變量“總重量”的值每200ms減1kg，混合倉中的物料每200ms加1kg，畫面上秤斗中的物料“流入”混合倉?！俺臃帕稀倍〞r器的定時時間到時，秤放料閥關閉，開始攪拌。“攪拌”定時器定時時間到時，打開放成品閥，“放成品”定時器開始定時。變量“混合倉料位”的值每200ms減1kg，畫面上混合倉的物料不斷減少。混合倉的物料放完后，又開始進1號料。單擊畫面上的停止按鈕后正常停機，“連續(xù)標志”指示燈熄滅。但是不會馬上停止運行，要等到完成最后一次的流程后停機。最后返回初始步，“初始步”指示燈亮。3．手動運行的仿真調(diào)試打開手動畫面，令I0.0為0狀態(tài)，系統(tǒng)