教材：恒压供水系统调试与运行(第2版)

1、项目四 恒压供水系统调试与运行图4-1 恒压供水控制系统恒压供水系统一般由水箱、水泵、电动机、压力传感器、控制器、变频器等组成。采用多台水泵及电机比单台水泵及电机节能而可靠。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就需要用变频器为水泵电机供电。数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。如图4-1所示。学习完本项目后，你将能够：l 了解恒压供水系统的组成及各部分的作用；l 掌握恒压供水基本原理，控制器的闭环工作过程；l 熟悉模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置；l 掌

2、握变送器的选择与应用；l 掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波；l 理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令；l 熟悉PID控制各参数的工业常用范围；l 掌握变频器通信控制的接线与参数设置；l 熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器；l 熟练搭建西门子触摸屏组态环境；l 熟练应用西门子触摸屏建立项目、组态元件、下载调试；l 掌握系统选型、图纸绘制、系统接线；l 熟练编制手动子程序，配合触摸屏调试硬件系统；l 熟练编制自动子程序，实现恒压控制；l 熟练组态触摸屏，进行界面切换、参数设置、操作控制。4.1 恒压供水系统认知4.1.1 实训的目的和要求1. 实训的目的（1）了解恒压供水系统的

3、组成。（2）理解各组成部分在作用。2. 实训的要求（1）观察系统，说明各部分作用。（2）打开控制柜，说明每个器件的作用，说明每根接线的作用。（3）拆卸控制柜。4.1.2 基本原理恒压供水系统可分为控制柜和执行机构两大部分。控制柜有电源、显示仪表、控制器、中间继电器、接触器、变频器、压力传感器、变送器、互感器、按钮、转换开关、触摸屏等组成，执行机构一般由水箱、水泵、止回阀、电动机、阀门等组成。如图4-2所示。图4-2 变频恒压供水系统的基本构成水泵水箱1. 控制柜电气控制柜主要是实现一些控制功能，里面一般有开关，继电器或PLC之类的元器件或产品。有传统的继电器和PLC控制。比较简单的控制可以用继

4、电器来控制，复杂的控制一般采用PLC控制。而电气控制柜是根据不同的需要，采用不同的控制。根据被控制设备的多少，大小选择不同的电气元件组合成一个柜。控制柜应质量优良、外型美观耐用、安装操用方便。如图4-3所示。图4-3 电气控制柜2. 水箱水箱可以保证市政停水时的正常供水，设备同样也要考虑备用。如图4-4所示。图4-4 恒压供水水箱3. 压力传感器图4-5 压力传感器压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。主要是利用压电效应制造而成的，也称为压电传感器。一般普通压力传感器的输出为模拟信号，0-10V的电压，或0-20mA的电流。如图4-5所示。4. 水泵水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将

5、原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。如图4-6所示。图4-6 水泵5. 止回阀图4-7 止回阀止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称逆止阀、单向阀、逆流阀、和背压阀。止回阀属于一种自动阀门，其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放。如图4-7所示。6. 触摸屏图4-8 TP277触摸屏触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时

6、，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。如图4-8所示。西门子触摸屏以其先进强大的功能，稳定可靠的质量，低廉的价格和完善的服务广泛应用于纺织机械、工程机械、医疗制药、空调制冷等行业。主要包括TP、MP、OP等几个系列，由于本系统选用西门子TP277-10触摸屏功能足够。4.1.3 实训内容（1）认知恒压供水系统各个组成部分。（2）掌握各器件之间的连接关系。（3）明确信号走向及控制关系。4.1.4 操作步骤1. 使用的器材和工具 （1）恒压供水控制柜1套。（2）执行机构1套。（3）空气断路器，10A，数量：8

7、个。（4）熔断器，10A，数量：4个。（5）交流接触器，10A，数量：5个。（6）PLC，数量：1个。（7）模拟量模块EM235，数量：1个。（8）万用表，数量：1块。（9）中间继电器，数量：13个。（10）电流互感器，3个。（11）变频器1台。（12）电机2台。（13）电动开关阀4个。（14）压力传感器1个。（15）触摸屏1块。（16）电流表3块。（17）电压表1块。（18）按钮8个（19）转换开关1个。（20）控制柜冷却风扇1个。此外，还有控制导线若干，动力电缆20米，线槽15米，线槽盖板15米。螺母50个，导轨10米。2. 操作步骤（1）观察控制面板，熟悉转换开关、电压表、电流表、按钮、

8、控制柜门锁的作用，操作转换开关、按钮。（2）打开控制柜，熟悉控制面板背面各器件接线，电流互感器的接线关系。（3）观察控制柜内部。熟悉控制柜内部各器件布置结构，打开端子排线槽盖板，根据接线标号找到电源进线，说明断路器合闸顺序及可能出现的现象。（4）观察熔断器接线，说明如果发生熔断器故障，会出现什么现象，影响那些电路。（5）观察PLC的I/O接线，打开PLC输入输出线槽盖板，说明有那些信号进入PLC，找到对应的电动开关阀接线、变频器接线。说明PLC有几个数字量输出，找到被控电动开关阀，说明每根接线作用。（6）观察PLC的EM235接线，说明有那些信号进入EM235，找到对应的传感器，说明每根接线作

9、用及传感器型号、查找生产厂家、熟悉传感器性能。（7）观察变频器的接线，说明每根接线作用，找到被控电机，说明电机参数。（8）观察中间继电器的接线，说明每根接线作用，控制信号来源，被控接触器的作用。（9）观察水箱、止回阀、管路结构，说明工作期间水流运动路径。（10）拆下所有线槽盖板、拆下所有器件、拆下所有接线，统计汇总。准备下次安装。4.1.5 小结（1）恒压供水系统采用先进的现代控制理论，结合可编程控制技术、变频控制技术、电机泵组控制技术的新型机电一体化供水装置。（2）系统通过安装在水泵出水总管上的远传压力表，将压力转换成0-20mA的电流信号，经A/D转换模块将模拟电流信号转换成数字量并送入可

10、编程序控制器，经可编程内部PID运算，得出一调节参量并将该参量利用USS通信方式送入到变频器，控制电机频率。（3）设备采用多泵并联的供水方式，用户用水量的大小决定了投入运行的水泵的数量，当用水量较小时，单台泵变频工作，当用水量增加，水泵运行频率随之增加，如达到水泵额定输出功率仍无法满足用户供水要求时，该泵自动转换成工频运行状态，并变频启动下一台水泵。反之，当用水量减少，则降低水泵运行频率直至设定下限运行频率，如供水量仍大于用水量，则自动停止工频运行泵同时变频泵转速增加。（4）利用触摸屏可进行模式切换控制，参数设置，状态显示，报警控制等。4.2 基于PLC的恒压供水控制4.2.1 实训的目的和要

11、求1. 实训的目的（1）掌握模拟量采集、变换及滤波，熟悉PID控制；（2）熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器。2. 实训的要求（1）熟练掌握模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置；（2）掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波；（3）理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令；（4）掌握变频器通信控制的接线与参数设置；（5）熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器。4.2.2 基本原理1. 模拟量模块EM235EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，如图4-9所示。图4-10中给出EM235的接线端子情况，从图中可以看出输入端子在图的上方，4路端子可分别接入4路输

12、入，请注意当信号的类型(电流或电压)不同时，接线方法不一样。输出端子在图的下方。输出是电流量还是电压量在接法上有区别。除了图中所示输入信号线及输出信号线外，模块与主机还通过总线电缆连接。图4-10 EM235输入/输出端子接线图4-9 EM235模块2.变送器的选择变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号，例如DC010V和DC420mA。变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高，例如100K10M。如果变送器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入

13、阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。电流输出型变送器具有恒流源的性质，PLC模拟量输入模块输入电流时，输入阻抗较小（例如250）。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适于远程传送。电流传送比电压传送的传送距离远得多，S7-300/400的模拟量输入模块使用屏蔽电缆信号时允许的最大传送距离为200m。3.EM235的配置模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行的一些设定。校准可以简单地理解为仪器仪表使用前的调零及调满度。

14、配置及校准操作位置见图4-11。图中可见增益及偏置调节使用的电位器及配置调节使用的6只开关。开关状态组合所对应的输入范围及分辨率见表4-2，（应该为4-1）表中分成单极性输入及双极性输入两种情况。开关SWlSW6的分类功用见表4-1，（应该为4-2）从表4-1（应该为4-2）中可知开关SWlSW3用于衰减选择，SW4、SW5用于增益选择，SW6用于极性选择。针对表4-1中增益、衰减及量程可以看出，无论对于哪一种量程，写入单元中模拟量输入字中满度值对应的模拟量的值是一样的，即有下式：满量程输入×衰减×增益=模拟量输入字中数据所对应的模拟量实际值经计算，这个值的绝对值为4V。图

15、4-11 EM235的校准电位器及DIP开关表4-1 EM235配置开关表单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON050mV12.5VOFFONOFFONOFFON0100mV25VONOFFOFFOFFONON0500mV125VOFFONOFFOFFONON01V250VONOFFOFFOFFOFFON05V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON020mA5AOFFONOFFOFFOFFON0l0V2.5mV双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF±25mV12.5VOFFON

16、OFFONOFFOFF士50mV25VOFFOFFONONOFFOFF土100mV50VONOFFOFFOFFONOFF士250mV125VOFFONOFFOFFONOFF土500mV250VOFFOFFONOFFONOFF土1V500VONOFFOFFOFFOFFOFF士2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF土5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF土10V5mV表4-2 EM235配置开关的用途及说明EM235配置开关极性增益衰减SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性OFF双极性OFFOFF×1OFFON×1OONOFF×100

17、ONON无效ONOFFOFF0.8OFFONOFF0.4OFFOFFON0.24.PID控制各参数的作用PID控制器的Kc、Ti、Td参数作用如下：比例部分与误差信号在时间上是一致的，即与现在有关，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比例的调节作用，具有调节及时的特点。Kc越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高，但过大会使系统的输出量震荡加剧，稳定性降低。积分部分与误差的大小和历史有关，即与过去有关，只要误差不为零，积分就一直起作用，直到误差消失，无静差，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。Ti越大，系统的稳定性可能有所改善，但积分动作越缓慢，消除稳态误差的速度减慢。微

18、分部分反映了被控量变化的趋势（误差变化速度），即与将来有关，较比例调节更为及时，具有超前和预测的特点。Td增大，超调量减小，动态性能得到改善，但系统抑制高频干扰的能力下降。采样周期Ts应能及时反映模拟量的变化，远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。Ts越小越能及时反映模拟量的变化，但增加了CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有变化，意义不大，所以不宜将Ts取得过小。表4-3给出了过程控制中采样周期的经验数据。表4-3 采样周期的经验数据被控制量流量压力温度液位成分采样周期/s153101520681520这四个参数都需要整定，这对控制效果的影响非常大，也极大地影响调试过程。5.US

19、S协议指令1）编写用户程序。有了指令库中的8条USS指令，就可以用来控制变频器和读写变频器的参数。用户不需要关注这些子程序的内部结构，可以根据下面介绍的子程序外部功能，直接在用户程序中调用它们。USS_INIT指令用于初始化或改变USS的通信参数，只需在第一个扫描周期调用一次。在用户程序中，每一个被激活的变频器只能有一条USS_DRV_CTRL（变频器控制）指令。可以任意使用USS_RPM_x(读变频器参数)和USS_WPM_X(写变频器参数)指令，但是每次只能激活其中一条指令。2）为USS指令库分配V存储区。在用户程序中调用USS指令后，用鼠标右键点击指令树中的程序块图标，在弹出的菜单中执行

20、库内存命令，为USS指令库使用的397个字节的V存储区指定起始地址。3）用变频器的操作面板设置变频器的通信参数，使之与用户程序中所用的波特率和从站地址等项符合。4）根据系统手册的要求连接CPU和变频器之间的通信电缆。为了减轻变频器的干扰，与变频器相连的任何控制设备（如PLC），均需用短而粗的电缆将其接地点连接到接地点。4.2.3 实训内容（1）认知恒压供水系统各个组成部分。（2）掌握各器件之间的连接关系。（3）明确信号走向及控制关系。4.2.4 操作步骤1. 使用的器材和工具（1）恒压供水控制柜1套。（2）导轨10米。（3）空气断路器，10A，数量：8个。（4）熔断器，10A，数量：4个。（5

21、）交流接触器，10A，数量：5个。（6）PLC，数量：1个。（7）模拟量模块EM235，数量：1个。（8）万用表，数量：1块。（9）线槽15米，线槽盖板15米。（10）电流互感器，3个。（11）转换开关1个。（12）按钮6个（13）电压表1块。（14）压力传感器1个。（15）电流表3块。2. 操作步骤（1）安装EM2351) 根据输入信号的类型及变化范围设置DIP开关，完成模块的配置工作。必要时进行校准工作。2) 完成硬件的接线工作。注意输入、输出信号的类型不同，采用不同的接入方式。为防止空置端对接线端的干扰，空置端应短接。接线还应注意传感器的线路尽可能的短，且应使用屏蔽双绞线，要保证24VD

22、C传感器电源无噪声、稳定可靠。3) 确定模块安装入系统时的位置，并由安装位置确定模块的编号。S7-200扩展单元安装时在主机的右边依次排列，并从模块0开始编号。模块安装完毕后，将模块自带的接线排插入主机上的扩展总线插口。(4)为了在主机中进行输入模拟量转换后数字数据的处理及为了输出需要在模拟量单元中转换为模拟量的数字量，要在主机中安排一定的存储单元。一般使用模拟量输入AIW单元安排由模拟量模块送来的数字量，使用模拟量输出AQW单元安排待送入模块转变为模拟量输出的数字量。而在主机的变量存储区V区存放处理产生的中间数据。（2）校准EM235校准输入的步骤如下：1）切断模块电源。使用配置开关选择需要

23、的输入范围。2）接通CPU各模块电源，并稳定15min。3）用一个传感器、一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。4）读出CPU中测量值。5）调节偏置电位器，使读数为零或为一个所需要的数据值。6）将一个满刻度信号接入某个输入端，读取CPU的值。7）调节增益电位器，直到CPU的读数为32000，或所需要的数据值。必要时，重复偏置及增益的校准过程。（3）模拟量线性变换数据采集是将模拟量采集入PLC的变量中，以便后续处理。压力变送器将0-0.4Mp的压力信号转换为0-20mA的电流信号，模拟量输入模块EM235将其变换为5410700的数字量，转换后存储在AIW0，将其变换为压力，则压力的

24、计算公式应为：因为该公式可用多个模拟量的反复转换，可设计为通用公式：Hi：输出量最大值，Lo：输出量最小值，K2：输入量最大值，K1：输入量最小值，IN：输入量实际值，OUT：输出量实际值，该公式用子程序设计，可反复调用。如图4-12。因为计算中，有的值没有工程意义，可设置最大最小值。图4-12 模拟量转换（4）设置PID向导1） 设置PID指令回路的编号点击编程软件指令树中的“向导PID”图标，或执行菜单命令“工具”“指令向导”，在出现的对话框中，设置PID回路的编号为0。如图4-13所示。图4-13 设置回路编号2）设定值的范围、回路参数设置给定值的低限为0.0（必须为实数），给定值的高限

25、为1000.0。比例增益13.5，积分时间0.5分钟，采样时间1.0秒，微分时间为0。这个范围是给定值的取值范围，用实际的工程单位数值表示。如果不想要积分作用，可以把积分时间设为无穷大，如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0。如图4-14所示。图4-14 设置回路参数3）标定极性、过程变量范围标定单极性，过程变量范围低限54，过程变量范围高限10700，不使用偏移量。如图4-15所示。图4-15 标定极性、过程变量范围4）分配存储区PID 指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；除此之外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区。需要为它

26、们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被重复使用。如果点击“建议”，则向导将自动为你设定当前程序中没有用过的V区地址。如图4-16所示。图4-16 分配存储区5）命名PID子程序、生成中断子程序向导已经为初始化子程序和中断子程序定义了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。指定 PID 初始化子程序的名字。 指定 PID 中断子程序的名字。如图4-17所示。图4-17 命名子程序6）完成配置可以看到一些配置信息。如图4-18所示。在主程序调用PID子程序，便可获得输出。这个输出值有时需进行限制（例如半功率、检修），以满足各种需要。图4-18 完成配置（5）整定PID参数

27、没有一个 PID 项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试 PID参数。S7-200的V4.0版编程软件中的PID整定控制面板用图形方式监视PID回路，启动或消除自整定过程，设置自整定的参数，并将推荐的整定值或用户设置的整定值应用到实际控制中。监控时能给出自整定过程中PID控制器的设定值SP、输出MV和过程变量PV的变化情况。使用控制面板时，首先应将至少有一个PID回路的用户程序下载到CPU，软件必须与S7-200通信，为了显示PID回路的操作，该PLC必须处于运行模式。执行“工具PID调节控制面板”，将会打开PID整定控制面板，观察到设定值SP、输出MV和过程变量PV的变化

28、曲线和当前的数值。“当前值”区域显示了设定值、采样时间、增益、微分时间的数值。控制器的输出值用带数字值的水平条形图来表示，如图4-19所示。“当前值”区域右边的图形显示区用不同的颜色显示了设定值、过程变量、和输出量相对于时间的曲线。左侧纵轴的刻度是用百分比表示的各变量的相对值，右侧纵轴的刻度是PID输出和过程变量的实际值。屏幕的左下方是整定参数区，在这一区域中可以显示和修改。可以通过单选按钮选择显示参数当前值、手动值或建议值三者之一。如果要修改整定参数，应选择“手动”。点击“更新PLC”按钮，将显示的增益、积分时间和微分时间传送入PLC被监视的PID回路中。可以用“开始自动调谐”按钮来启动自整

29、定序列。一旦启动了自整定按钮，“开始自动调谐”按钮变成“停止自动调谐”按钮。如图4-19所示。图4-19 PID调节控制面板图形显示下方的“当前PID”选择框用下拉式菜单可以选择希望在控制面板中监视的PID回路。在“抽样率（秒/样本）”区，可以选择图形显示的采样时间间隔（1480s），用“设置时间”按钮来使修改后的抽样率生效。可以用“暂停”按钮冻结和恢复曲线图的显示。在图形区单击鼠标右键，然后执行“clear”命令，可以清除图形。图形区的右下侧是图例，标出了设定值、过程变量、和输出量曲线的颜色。点击“调谐参数（分钟）”区内的“高级.”按钮，在弹出的对话框中可以选择是否自动计算滞后值和偏移量，为

30、了尽量减少自整定过程对控制系统的干扰，用户也可以自己设置滞后值和偏移量。在“其他选项”区，可以指定初始输出阶跃值和过零看门狗超时时间。“动态应答选项”区中的单选框可以用来选择响应的类型。快速响应可能产生超调，对应于欠阻尼整定状态；中速响应可能处于超调的边沿，对应于临界阻尼整定状态；慢速响应和极慢速响应可能没有超调，分别对应于过阻尼和严重过阻尼整定状态。设置好参数后，单击“确认”按钮，返回PID整定控制面板的主屏幕。在完成自整定序列，且已将建议的整定参数传送至PLC后，可以用控制面板来监视回路对阶跃变化的设定值的响应。（6）变频器通信控制参数设置1）恢复变频器工厂缺省值。2）设置电动机参数。设置

31、完成后，使P0010=0，变频器处于准备状态，可正常运行。3）设置通信控制参数，如表4-4所示。表4-4 通信控制参数设置设置步骤参数号设置值说明恢复出厂设置P001030工厂的设定值P09701参数复位设置电动机参数P00031设用户访问级为标准级P00101快速调试P01000选择工作地区P0304380电动机额定电压(V)P03050.2电动机额定电流(A)P030730电动机额定功率（W）P031050电动机额定频率（Hz）P03111360电动机额定转速（r/min）设置USS通信参数P00032设用户访问级别P00100退出快速调试P20106需按两次P，波特率对应9600P201

32、13变频器结点地址P07005允许USS控制变频器P10005允许通过USS发送频率设定值P00034设用户访问级别，可读电流变频器运行P00100进入准备状态变频器显示按P进入显示运行频率值7.USS_INIT通信初始化初始化指令（见图4-20）用于允许、初始化或禁止MM变频器的通信。在执行其他USS协议指令之前，必须先成功运行USS_INIT指令。该指令执行完后完成位（Done）置位，然后才能继续执行下一条指令。“EN”输入端接SM0.1，保证仅在第一次扫描时执行该指令。如果USS协议已初始化，在改变初始化参数之前，必须执行一条新的USS_INIT指令，来禁止USS协议的执行。字节“Mod

33、e”为1将端口0分配给USS协议；为0将端口0分配给PPI协议，并禁止USS协议。双字“Baud”用于设定波特率。双字“Active”用于指定激活哪几台变频器。Active共32位（第031位），每一位对应一台变频器。0表示不激活，1表示激活。被激活的变频器自动地被轮询，以控制其运行和采集其状态。当USS_INIT指令执行完成时，输出位“Done”为1，输出字节“Error”包含指令执行情况的信息。8.变频器通信控制图4-20 变频器通信控制USS_CTRL指令（见图4-20）用于控制处于激活状态的MM变频器，每台变频器只能使用一条这样的命令。该指令将用户命令放在一个通信缓冲区内如果由“Dri

34、ve”指定的变频器被指令中的“Active”参数选中，缓冲区内的命令将被发送到该变频器。“EN”输入位一般为SM0.0。“RUN”控制变频器为1或是0。为1时，变频器受到启动命令，以规定的速度和方向运行。变频器运行必须具备以下条件：在USS_INIT中将变频器激活；输入参数OFF2和OFF3为0；输出参数Fault和Inhibit为0.当“RUN”位为0时，向MM变频器发送停止命令，电机减速，直到停止。“OFF2”输入位用于控制MM变频器减速，直到停止。“OFF3” 用于控制MM变频器快速停车。故障确认输入位“F_ACK”用于确认变频器中所发生的故障，当F_ACK由低变为高时，变频器将清除故障

35、（Fault）。方向输入位“DIR”用于设置变频器的运动方向，0和1分别表示逆时针和顺时针方向。字节“Drive”是DRV_CTRL命令发送给MM变频器的站地址（031）。字节“Type”是变频器的类型，3系列或更早的类型为0，4系列的为1。实数“Speed_SP”是用满速的百分比表示的速度设定值（-200.0%200.0%）。该值为负时使变频器反方向旋转。“Resp_R”位用于确认从变频器来的响应。所有处于激活状态的变频器被轮询，产生最新的变频器状态信息。每当CPU从变频器收到一个响应，Resp_R便接通一个扫描周期，并刷新以下各变量：“Error”是错误字节，包含发送到变频器的最新通信请求

36、的结果。系统手册给出了USS指令的执行错误代码。“Status”是由变频器返回的状态字的原始值，系统手册给出了状态字各位的意义。实数“Speed”是变频器返回的用满速百分比表示的变频器速度（-200.0%200.0%）。输出位“Run_EN”用于指示变频器的状态，为1表示变频器正在运行，0表示停止运行。输出位“D_Dir”用于指示变频器的旋转方向，1表示变频器逆时针运行，0表示顺时针。输出位“Inhibit”用于指示变频器的禁止位的状态，0为不禁止，1为禁止。要清除禁止位，输出位Fault必须为0，RUN、OFF2、OFF3等输入位也必须为0状态。输出位“Fault”是故障位，0表示无故障，1

37、表示有故障。发生故障时，变频器将提供故障代码。需要消除故障原因，并使F_ACK为1，才能清除Fault位。例如在USS_INIT指令中，允许端口0进行USS协议通信，波特率为9600bit/s，激活0号变频器。错误信息放在VB1，初始化成功时Q0.0为ON。在USS_CTRL指令控制0号变频器，I0.0I0.4分别用来控制变频器驱动的电机的运行、减速停车、快速停车、故障应答和运行方向。Q0.0Q0.3分别是运行状态、旋转方向、禁止位和故障位的状态。速度设定值为100.0%，CPU从变频器收到一个响应时M0.0 ON一个扫描周期。VW4是从变频器返回的状态字，VD6是用满速百分比表示的变频器速度

38、。4.2.5 小结（1）EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，应注意当信号的类型(电流或电压)不同时，接线方法不一样，模块与主机还通过总线电缆连接。据实际情况，应设置DIP开关，以便与信号范围相符。（2）系统通过安装在水泵出水总管上的远传压力表，将压力转换成0-20mA的电流信号，经A/D转换模块将模拟电流信号转换成数字量。在PLC中，需对这个数字量进行线性变换，使其具有工程意义。（3）PLC对输入的压力值与系统设定的压力值进行PID运算，以调整转速。（4）PLC经运算得到的PID值，以通信方式传送给变频器，控制电机转速。4.3 监控界面组态4.3.1 实训的目的和要求1. 实训的

39、目的（1）搭建西门子触摸屏组态环境。（2）界面组态基本操作。（3）下载、调试触摸屏。2. 实训的要求（1）熟练搭建西门子触摸屏组态环境。（2）掌握界面组态基本操作。（3）熟练下载、调试触摸屏。4.3.2 基本原理1.西门子触摸屏产品系列西门子触摸屏以其先进强大的功能，稳定可靠的质量，低廉的价格和完善的服务广泛应用于纺织机械、工程机械、医疗制药、空调制冷等行业。主要包括以下几个系列：1） TP系列（触摸屏）：TP070、TP170、TP177、MICR0、TP177A、TP177B、TP178、TP170A、TP170B、TP27、TP270-10、TP270-6。如图4-21所示。TP170B

40、功能强大的触摸面板，集成界面同样适用于其他品牌的控制器。TP170A基于WindowsCE操作系统，为SIMATICS7系列而设计，具有处理简单程序的能力。TP27-6该系列触摸面板有彩色和单色两种显示屏供您选择，集成面板同样适用于其他品牌控制器。图4-21 西门子触摸屏TP27-10与TP27-6相似，但具有10.4英寸的彩色显示屏。TP270型触摸式面板，彩色STN触模屏（模拟/耐磨），5.7英寸或10.4英寸显示。2） OP系列（操作面板）：OP7、OP17、OP27、OP73、OP170、OP270-6、OP270-10。OP270型操作员面板，可用键盘操作，可选5.7英寸或10.4英

41、寸彩色STN显示。3） MP系列（键控和触摸式）：MP270、MP270B、MP370等。MP270B是多功能平台的典型产品。MP270B有键控和触摸屏之分。两种MP270B都带有一个分辨率为640×480象素（VGA）的10.4英寸TFT显示器。与它的前一代产品MP270相比，MP270B拥有功能更加强大的处理器和更加成熟的显示技术。由于增强了亮度，MP270B拥有卓越的显示能力，易于读取。2.西门子触摸屏软件编程环境如图4-22所示。图4-22 触摸屏编程环境1）菜单和工具栏图4-22中窗口上方为软件菜单和工具栏，包括组态常用的工具，例如，编译、下载、模拟运行、新建和打开等。可以

42、通过WinCCfIexihle的菜单和工具栏访间它所提供的全部功能。当光标移动到一个功能上时，将出现该工具的提示。2）工作区图4-22窗口中间位置为工作区，用于进行各种具体的组态工作和编辑项目对象的操作，例如编辑画面、定义通讯和创建变量等。在工作区域中，所有WinCCflexible元素都排列在工作区域的边框中。3）项目视图图4-22窗口左方为项目视图，包括整个组态项目需要用到的所有编辑器和项目设置，例如：组态通讯，组态变量等。项目中所有可用的组成部分和编辑器在项目视图中以树型结构显示，作为每个编辑器的子元素，可以使用文件夹以结构化的方式保存对象。此外，画面、配方、脚本、协议和用户词典都可直接

43、访问组态目标，在项目视图中，用户还可以访问HMI设备的设置、语言设置和版本管理等子项。4）属性视图图4-22中窗口下方为属性视图。属性视图用于显示在工作区中当前每一个对象的具体属性设置，并编辑对象属性，例如画面对象的颜色等。属性视图仅在特定编辑器中可用。5）工具箱图4-22窗口右方为工具箱，集成了组态所需要用到的常用工具和对象，包括组态画面所用到的线条、图形对象、按钮和棒图等常用控件。用户可通过简单的鼠标拖放，将这些对象添加给画面，例如图形对象或操作员控制元素。此外，工具箱也提供了许多库，这些库包含有许多对象模板和各种不同的面板。6）库“库”是工具箱视图的元素，是一种用于存储诸如画面对象和变量

44、等常用对象的中央数据库。WinCCflexible中库分两种：全局库和项目库。全局库并不存放在项目数据库中，它写在一个文件中。该文件默认存放于WinCCflexible的安装目录下。全局库可用于所有项目。项目库随项目数据存储在数据库中，它仅可用于创建该项目库的项目，作用是提高编程效率。可以在这两种库中创建文件夹，以便为它们所包含的对象建立一个结构。此外，可以把项目库中的元素复制到全局库中。7）输出视图图4-22窗口最下方是输出视图，用于显示当前项目编译、下载和移植等各种动作的实时输出情况，例如在项目测试运行中所生成的系统报警。8）对象视图图4-22窗口左下方为对象视图，对象视图显示项目视图中选

45、定区域的所有元素。当用户在项目视图中选中某一个编辑器后，将光标移动到对象视图区域中，对象视图会自动弹出并显示该对象编辑器内容。在对象视图中双击一个对象即可打开对应的编辑器，对象视图中显示的所有对象都可对其使用拖放功能。例如，可以在对象视图中实现下列快捷操作。·将变量移动到工作区域中的过程画面；创建与变量链接的I/O域。·将变量移动到现有的I/O域；创建变量与I/O域之间的逻辑链接。·将一个过程画面移动到工作区中的另一个过程画面：生成一个带有画面切换功能的按钮，该按钮与过程画面链接。在“对象视图”区域中，长对象名以缩写形式显示。如果将光标移动到对象上，将显示其完整的

46、名称作为工具提示。当有大量对象时，用户可用快捷键实现项目快速定位。除了工作区域之外，用户可以在“视图”菜单中显示或隐藏所有窗口。另外，只要在菜单栏的“帮助”选项中打开“启用自动工具提示”选项，则在整个软件中，光标移到某一个位置时，就会显示相应的快捷提示。4.3.3 实训内容（1）搭建西门子触摸屏组态环境。（2）界面组态基本操作。（3）下载、调试触摸屏。4.3.4 操作步骤1. 使用的器材和工具 （1）恒压供水控制柜1套。（2）执行机构1套。（3）空气断路器，10A，数量：8个。（4）熔断器，10A，数量：4个。（5）交流接触器，10A，数量：5个。（6）PLC，数量：1个。（7）万用表，数量：

47、1块。（8）电流互感器，3个。（9）触摸屏1块。（10）电流表3块。（11）电压表1块。（12）转换开关1个。（13）控制柜冷却风扇1个。此外，还有控制导线若干，动力电缆20米，线槽15米，线槽盖板15米。螺母50个，导轨10米。2. 操作步骤（1）安装WinCCflexible程序提示选择安装界面语言。此处选择的只是在安装过程中所使用的界面语言，和今后程序界面语言、组态多语言项目没有关系。提示阅读注意事项。用户阅读完注意事项后，单击“下一步”按钮，进入下一个安装页面。安装程序开始自动监测当前系统情况并评估系统信息。如果用户已经安装较早版本的WinCCflexible，则安装程序会提示需要先将

48、原先老版本的WinCCflexibe卸载后，再重新运行安装程序。评估系统信息完成后，提示阅读许可证协议。目前，WinCCflexibe2007中国标准版仍然不需要授权许可。单击“下一步”按钮进入下一个安装页面。2008版需授权。选择接受许可证条款后，选择需要安装的程序，其中包括WinCCflexible工程系统，运行系统和自动化软件的授权管理器。进入下一步。某一项前面如果已经勾选中，则表示该项程序已经存在于计算机中，不必再进行安装。在此页面下，选择具体的每一项需要安装的程序，并可以更改安装目录。建议将所有需要安装的程序组件安装在同一目录下。这里，可供选择的安装类型有“完整安装”，“最小化安装”

49、和“自定义安装”三种。建议大多数用户直接选择“完整安装”即可。“自定义安装”可以由用户自行选择需要安装的组件。如图4-23所示。·完整安装，默认的安装方式，包括所有WinCCflexible组件。-WinCCflexible工程系统。包括WinCCflexible、WinCCflexible诊断、WinCCflexible集成、移植、帮助文件、安装语言和英语。-WinCCflexible运行系统。图4-23 安装界面·最小化安装，只包括下列WinCCflexible组件。-WinCCflexible工程系统。包括WinCCflexible、帮助文件、安装语言和英语。-Win

50、CCflexible运行系统·自定义安装，选择想要安装的WinCCflexible组件。-WinCCflexible诊断：用于分析错误的运行系统插件，可视化察看操作系统事件。WinCCflexible集成：用于将WinCCflexible集成到STEP7和SIMOTl()N中。CBA支持，使用CBA组件，可以根据PROFINET规范创建具有自定义功能的封装功能模块。-移植：用于将现有的PROTOOL项目或WINCC项目数据平滑转换到WinCCflexible平台下。-WinCCfIexible图形：包括各种图形、HMI图像和各种图库、符号库等。-WinCCflexible帮助系统：在

51、线帮助系统。WinCCflexible的帮助系统十分强大，几乎包含了与该软件所有相关的信息，如VBS语言参考等。（2）创建项目该项目中的HMI站只和一个PLC控制站进行通讯。这种系统在项目中称为“小型设备”。选择好项目类型后，单击“下一步”按钮（在整个项目向导创建项目期间，都可以单击“完成”按钮中断项目来完成创建项目）进入“HMI设备和控制器”设置。选用西门子公司最新推出的MP277 10寸触摸屏和S7-200控制器。将光标放在控制器图标上并单击，可选择设备类型。这里所列出的就是当前软件可支持的所有HMI设备类型。如果用户在这里并没有看到所需要的设备类型，那么就请升级软件版本，当前最新版本为W

52、inCCflexibl2008。窗口右下角显示该设备的硬件版本。在这里所选择的设备版本需要和实际的HMI设备版本一致；若不一致将导致不能将在计算机上所开发的组态程序下载到HMI设备上去，此时就需要对设备进行"OS更新”。在“连接”选项区域可以选择HMI设备通过什么方式和控制器进行物理连接，具体连接方式根据所选择的触摸屏设备不同而不同。以MP277为例，该触摸屏上集成有485口和以太网口。这里选择“IF1B”，即触摸屏通过485口与PLC连接。在选择完连接方式后，选择触摸屏和什么样的控制器进行连接。在此，系统列出该款设备所支持的所有控制器类型，西门子公司的触摸屏支持市场上大多数的流行控

53、制器。选择完“设备类型”、“连接方式”和“控制器类型”后，单击“下一步”按钮进入“画面模板”设置。在此项设置中，用户可以定义每一个画面都采用何种样式作为基本模板例如在每幅画面的最上方显示公司名称和标志等。“浏览条”可以用来对整个项目中的画面进行浏览的切换操作。单击”下一步”按钮进入“画面浏览”设置。在这项设置中，可以大体上定义项目中画面的组成情况，从初始画面开始，共有三个子画面。单击“下一步”按钮进入“系统画面”设置。单击“下一步”按钮进入“库”设置，WinCCflexible中已经自带了三个标准的系统库文件，用户可能用到的大部分的图形、元件均可以在该库中找到，并且也可以在此处将用户自定义的库

54、文件集成到项目文件中去。单击“下一步”按钮进入“项目信息”设置，设置方法不再详述。完成后，单击“完成”按钮，软件开始创建项目。如图4-24所示。图4-24 项目创建(3)创建画面1) 创建画面在WinCCflexible中，通常有三种方法可以用来生成一个新画面在打开的项目中，从左则的“项目视图”中选择“画面”组。双击列表中“新建画面”按钮，画面在项目中生成并出现在项目工作区域中。单击工具栏中“新建”右侧的下三脚按钮，打开的项目窗口左侧的“项目视图”中选择“设备设置”组，从列表中双击“画面浏览”，将弹出画面浏览编辑窗口，右击某一个画面，在弹出的菜单中选择“新画面”选项，可以很简单地为该画面创建一个子画面。本系统创建4个画面，监控、自动控制、PID参数设置、报警。2)设置画面属性每一个画面，都具有相同的属性设置（在WinCCflexible）中，同一类的对象都具有相同的设置），可以