1、9.1 控制系統功能簡介與PLC程序設計 1系統功能與結構 某物料控制系統按一定的比例將24種顆粒狀的物料混合在一起，4種物料放在4個金屬倉內，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。 秤斗是一個底部為圓錐形的金屬料斗，用稱重傳感器測量物料和秤斗的總重量?；旌蟼}也是一個底部為圓錐形的金屬料斗，攪拌器的攪漿攪動混合倉內的物料顆粒。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9.1 控制系統功能簡介與PLC程序設計第9章 人機界 2創建項目 打開名為“HMI綜合應用”的項目，PLC_1為CPU 315-2PN/

2、DP，HMI_1為KTP400 Comfort。在網絡視圖中創建HMI連接。添加一塊DI 16/DO 16模塊和一塊2AI 模塊。 3主程序的設計 主程序根據自動/手動開關I0.0的狀態，在OB1中調用自動程序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（Q0.2Q1.0均為0狀態）；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。 2創建項目 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

3、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M5.0M5.7清零，同時用AND指令將Q0.2Q1.0清零，關閉各電磁閥，攪拌器電動機停機。 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 為了在仿真調試時模擬進料過程，按下主畫面或手動畫面中的“進料”按鈕，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。 為了累加物料值，在手動模式和自動模式相互切換時，和在自動模式關閉“放成品閥”時，將4種物料

4、的重量值分別與其累加值相加，并將4種物料的重量值清零。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C0C2的當前值清零。 在出現缺料信號、外部故障信息，和出現攪拌器電動機轉速過高的故障時，關閉各閥門和電動機，復位順序功能圖中的活動步，將連續標志清0，并通過報警視圖發出報警信號。 為了在仿真調試時模擬進料過程，按下主畫面或手動畫面中 4實際的物料總重量的計算 “總重量”僅用于程序的模擬調試。實際的程序應刪除前一頁“總重量” 的控制電路。 假設電子秤的量程為060kg，AI模塊的量程為DC 10V。將AI模塊輸出的數字值N轉換為秤斗總重量（單位為0.1kg）的公式為秤斗總重量600N

5、/ 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 物料混合系統的自動控制程序屬于典型的順序控制程序，用下一頁的順序功能圖和順序控制設計法來設計自動控制程序。具體的設計方法見廖常初主編的PLC教材。 4實際的物料總重量的計算 滿足起動條件時，初始步M5.0為1狀態。單擊主畫面中的“起動”按鈕M1.0或外接的起動按鈕I0.1，“連續標志”M6.6變為1狀態，從初始步切換到步M5.1。主畫面中的1號進料閥變為紅色，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。

6、所有的料進料結束后，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T0開始定時。 定時結束時T0的常開觸點閉合，切換到步M5.6，秤放料閥關閉，攪拌器攪拌混合倉內的物料。經過T1設定的時間后，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。經過T2設定的時間后，關閉放成品閥。因為“連續標志”M6.6為1狀態，轉換條件M6.6*T2滿足，返回步M5.1，開始下一工作周期的工作。 滿足起動條件時，初始步M5.0為1狀態。單擊主畫面中 單擊觸摸屏上的“停止”按鈕或外部的停止按鈕后正常停機，“連續標志”M6.6變為0狀態，但是不會馬上停止運行，要等到完成最后一次的流

7、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”，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 時鐘存儲器” ，勾選復選框“時鐘存儲器”，設置“存儲器字節”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。 主畫面中秤斗和混合倉的高度相同，棒圖滿量程對應的物料重

8、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調變化。 單擊觸摸屏上的“停止”按鈕或外部的停止按鈕后正常停機 7定時器時間預設值的設置和當前值的顯示 HMI不能直接使用S7-300定時器的數據類型S5Time，只能使用數據類型為32位的Time，在I/O域中Time被視為單位為ms的雙整數。以攪拌定時器為例，需要用下圖左邊的T_CONV指令，將S5Time格式的“攪拌剩余時間”，轉換為數據類型為Time的“攪拌當前值”，用HMI畫面中的輸出域顯示。右邊的T_CONV指令將用I/O域

9、輸入的數據類型為Time的“攪拌預設值”，轉換為S5Time格式的“攪拌預設時間”，供攪拌定時器使用。 數據類型為Time的時間以ms為單位，用HMI變量的線性標定功能，將PLC中的“攪拌當前值”縮小100倍后用于HMI的顯示?？s小后時間的單位為0.1s。時間的顯示格式為xx.x s（見主畫面“實際值”列的時間顯示值）。 7定時器時間預設值的設置和當前值的顯示 8手動程序設計 在手動模式時單擊手動畫面中的“進1號料”按鈕，手動程序中的變量“進1號料按鈕2”變為1狀態，“進1號料閥”的線圈通電并自保持，該閥門打開，畫面中該閥門變為紅色。單擊“停止”按鈕，變量“停止按鈕2”的常閉觸點斷開，“進1號

10、料閥”的線圈斷電，畫面中的閥門變為灰色。4個進料閥和秤放料閥之間有連鎖，同時只能打開一個閥門。 8手動程序設計 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。 S7-300/400的定時器為減定時器，定時期間其當前值不斷減1。為了顯示出手動時各段時間從零逐漸增大的值，分別用計數器C0C2和1s 時鐘脈沖來累計3段時間，它們使用加計數器線圈指令CU（見下圖）。C0C2的符號地址分別為“秤放料計數器”“攪拌計數器”和“放成品計數器”。

11、單擊畫面中的“秤放料”按鈕，“秤放料閥”的線圈通電。電路中有連鎖。 剛打開進1號料閥時，用MOVE指令將當時的物料總重量 “1s時鐘”（M4.5）的常開觸點每秒鐘通、斷一次，使秤放料計數器C0的當前值加1，C0的當前值的單位為1s。在手動畫面中，以秒為單位用輸出域顯示C0的當前值（即秤放料經過的時間）。 在秤放料閥打開時，“200ms時鐘”每200ms將秤斗中物料的總重量減1kg（見下圖），將混合倉中物料的重量加1kg，使兩個倉中的物料協調變化。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?！?00ms時鐘”每200ms將混合倉中物料的總重量減1kg。 打開放成品

12、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。 “1s時鐘”（M4.5）的常開觸點每秒鐘通、斷一次，使9.2 觸摸屏畫面組態9.2.1 畫面的總體規劃 1確定需要設置的畫面 開機時顯示的初始畫面； 自動運行畫面（主畫面）； 進行手動操作的手動畫面； 設備狀態畫面用于顯示各主要變量的當前值和4種物料的累加值； 用戶管理畫面用于用戶的登錄、注銷和用戶的管理； 配方畫面用于選擇和增減配方的數據記錄，修改配方條目，打印配方報表； 報警畫面用于查看報警的歷史記錄，和打印報警報表； 趨勢視圖畫面用于顯示攪拌器電動機轉速的趨勢視圖。 2畫面切換關系與初始畫面 因為畫面個數不多，以初始畫面為中

13、心，采用星形切換方式。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，其他畫面用固定窗口的“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，需要經過初始畫面的“中轉”來切換。9.2 觸摸屏畫面組態 3組態固定窗口 在固定窗口放置各畫面共享的日期時間域、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。設置符號I/O域的模式為“雙狀態”，自動/手動開關為1狀態時顯示“自動模式”，為0狀態時顯示“手動模式”。9.2.2 畫面組態 1自動畫面 監控自動模式運行的畫面稱為自動畫面，它使用得最多，又稱為主畫面。 開機后進入初始畫面，單擊“主畫面”

14、按鈕，進入主畫面，永久性窗口中的符號I/O域顯示“手動模式”。 主畫面給出了系統的示意圖，用兩種顏色顯示各插板閥的通、斷狀態，用棒圖顯示秤斗內和混合倉內物料的高度，畫面中的I/O域均為輸出模式。 在畫面中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任锪系目傊亓俊！捌饎印焙汀巴Ｖ埂卑粹o用于起動和停止自動運行，“進料”按鈕用于仿真調試。 3組態固定窗口 2生成閥門的圖形I/O域 將工具箱“圖形”窗格中的某個閥門（Valve）拖拽到畫面上，復制、粘貼到Windows的“畫面”工具中，用“填充”功能替換為不同深淺的紅色。生成圖形I/O域，它連接的位變量為1狀態時，閥門為紅色，反

15、之為灰色。 3手動畫面 令自動/手動開關I0.0為0狀態，永久性窗口中的符號I/O域顯示“手動模式”。運行時切換到手動畫面。在手動模式，可用手動畫面中的按鈕分別打開6個閥，和啟動攪拌器電動機。用PLC的程序實現操作的保持功能。按“停止”按鈕將停止當前被起動的操作。各按鈕左側的指示燈用來顯示PLC對應的輸出信號的狀態，按鈕右側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行的操作?！斑M料”按鈕用于仿真調試。 2生成閥門的圖形I/O域 4設備狀態畫面 設備狀態畫面除了顯示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

16、值和攪拌器的轉速。“清累加值”按鈕用于清除4種物料的累加值。單擊該按鈕，用系統函數“設置變量”分別將4種物料的累加值清零。 4設備狀態畫面 5用戶管理畫面 用戶管理畫面組態了用戶視圖，和“登錄用戶”“注銷用戶”按鈕。在組態用戶組時，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”

17、，將訪問配方畫面的權限“Monitor”分配給該按鈕。 在組態“設備狀態”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。 5用戶管理畫面 6組態配方和配方畫面 物料混合系統用配方來提供生產工藝參數。打開配方編輯器，查看它的配方元素和數據記錄。物料的重量為零表示產品不使用該物料。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。 選中配方“1號產品”，再選中巡視窗口的“同步”，只選中“同步配方變量”復選框。在配方畫面中組態了配方視圖，和“打印配方報表”按鈕。 6組態配方和配方畫面 7組態報警畫面與報警窗口 秤斗上的14

18、號料的料斗無料時，PLC發出缺料報警消息，將“事故信息”字MW2的第0位第3位中的對應位置1。出現外部故障時，“事故信息”字MW2的第4位變為1狀態。 打開“HMI報警”編輯器，在“離散量報警”選項卡中組態5個離散量報警。攪拌器電動機用變頻器驅動，在“模擬量報警”選項卡組態“轉速過高”報警，轉速測量值大于1500轉/min時發出“轉速過高”報警。 打開報警畫面，選中報警視圖，再選中巡視窗口的“常規”，用單選框選中“報警緩沖區”，啟用報警類別Error、Warning和System，報警視圖將顯示所選報警類別當前的和過去的報警。 在全局畫面中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

19、巡視窗口的“常規”，用單選框選中“當前報警狀態”，用復選框選中“未決報警”和“未確認的報警”，僅啟用了報警類別Error。 7組態報警畫面與報警窗口9.3 系統的仿真調試9.3.1 使用變量仿真器調試 比較復雜的系統可以首先用變量仿真器調試，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窗口中的“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

20、后用戶視圖應出現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。9.3 系統的仿真調試 退出登錄后，檢查“設備狀態”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。選中某一條配方數據記錄，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據記錄中的值。 4檢查趨勢視圖 趨勢視圖畫面用來記錄攪拌機轉速的測量值，它大于1500轉/min時，

21、將會出現報警窗口，影響對趨勢曲線的觀察。在變量仿真器中將攪拌機轉速測量值的“模擬”方式設置為“增量”，最大值和最小值分別為1200轉/分和1400轉/分，周期為10s，其波形為鋸齒波。 退出登錄后，檢查“設備狀態”畫面的“清累加值”按鈕的9.3.2 集成仿真調試 本例的某些功能需要用集成仿真來調試。打開Windows的控制面板，切換到“所有控制面板項”顯示方式。雙擊打開“設置PG/PC接口”對話框，設置應用程序訪問點為“S7ONLINE (STEP 7) -PLCSIM.TCPIP.1”。 選中項目樹中的“PLC_1”，啟動S7-PLCSIM，將程序下載到仿真PLC，將CPU切換到RUN-P模

22、式。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，出現仿真面板，顯示初始畫面。此時I0.0為0狀態，系統處于手動模式。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，主畫面中的“初始步”指示燈亮。 1配方畫面的調試 勾選S7-PLCSIM中I0.0對應的小方框，令自動/手動開關為1狀態，系統處于自動模式，調試自動程序。首先需要將HMI中的某個配方數據記錄傳送到PLC。為此返回初始畫面，單擊“配方畫面”按鈕，出現登錄對話框，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，選擇一個配方數據記錄。9.3.2 集

23、成仿真調試 在組態配方的“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S7-PLCSIM監視1號原料配方值（MW28），用配方視圖選中某個配方數據記錄后，它的配方元素值馬上傳送到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。 返回初始畫面后，打開主畫面，可以看到畫面左邊“配方值”區域的輸出域中的配方元素的值。 2主畫面的仿真調試 如果調試時使用硬件PLC，可以用AI模塊外接的

24、可調直流電壓，來模擬稱重過程秤斗中物料總重量的變化。 如果采用集成仿真，為了模擬調試自動程序，在程序中用變量名為“總重量”的MW60來替代模擬量輸入的轉換值，在主畫面和手動畫面中臨時增設“進料”按鈕，按下該按鈕，變量“進料標志”（M6.7）被置位，釋放該按鈕M6.7被復位。每按一次“進料”按鈕，“總重量”增加1kg。 在組態配方的“同步”屬性時，只勾選了“同步配方變量” 單擊畫面中的“起動”按鈕，“連續標志”（M6.6）指示燈亮，1號進料閥打開（變為紅色）。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（變為灰色），

25、2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”（M4.1）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。 “秤放料”定時器定時時間到時，秤放料閥關閉，開始攪拌?！皵嚢琛倍〞r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，畫面中混合倉的物料不斷減少?；旌蟼}的物料放完后，又開始進1號料。 單擊畫面中的停止按鈕后正常停機，“連續標志”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。 正在自動運行時，如果出現故障信號，立即將各輸出點清零，將代表各步的MB5和“連續標志”清零，同時出現報警窗口。 單擊畫面中的“起動”按鈕，“連續標志”（M6.6）指 3手動運行的仿真調試 令I0.0為0狀態，系統處于手動模式。在手動畫面中也臨時添加