PLC与工业网络技术 课件 3-1 模块三项目一

项目一水塔水位控制主讲人：刘冬明@常州科教城管理委员会()《PLC和工业网络控制》2CONTENTS任务一水塔水位监控触摸屏设计与仿真项目一水塔水位控制项目引入0

1项目描述02项目目标03项目分析04任务二水塔水位智能控制与运行任务描述任务分析任务实施任务描述任务分析任务实施项目引入

水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，本项目采用西门子S7-1500、ET200SP、昆态通态MCGS7.7和触摸屏，实现水塔水位的自动控制，并能进行远程监控。

3项目描述通过4个开关传感器检测水塔、水池的水位是否位于液位控制的上下限范围内，实现进水阀Y和电机M的控制。采用4个传感器与ET200SP直接连接，ET200SP作为从站，S7-1500作为主站，采用Modbus-RTU通讯方式实现设备之间的控制和数据交换，S7-1500和MCGS触摸屏采用以太网通讯方式进行工作。4本项目要求使用PLC进行现场操控，Modbus-RTU进行通讯，组态软件和触摸屏进行远程监控。项目目标5掌握PLC与触摸屏之间的以太网通讯方法；掌握基于PLC与ET200SP之间的Modbus-RTU通讯方法；掌握数据库数据类型及建立方法；掌握策略组态中函数使用方法。能设计触摸屏、PLC、ET200SP、Modbus、传感器之间的以太网、Modbus串口的通讯配置；能基于Modbus-RTU设计满足项目要求PLC和分布式IO模块之间的主从站通讯，并在从站编写符合项目要求的PLC程序；能设计满足项目要求的触摸屏界面，使用模拟下载方式和设备连接两种方式实现“水塔水位”的监控功能。培养学生精益求精的大国工匠精神、科学的探索精神；培养团队协作能力；激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。知识目标能力目标素质目标项目分析6系统构成图该系统采用4个水位传感器分别检测出水塔上限位、水塔下限位、水池上限位、水池下限位，与模块ET200SP直接连接。ET200SP和Modbus通讯模块CMPtP作为从站，西门子S7-1500和主机架上的CMPtPHF作为主站，通过Modbus-RTU通讯方法进行工作，触摸屏和S7-1500采用工业以太网模式进行通信。在触摸屏可以远程实现，根据传测结果控制进水阀、从水池抽水电机的运行。TASKONE水塔水位监控触摸屏设计与仿真任务描述|任务分析|任务实施摸屏界面基本控制智能水塔水位仿真系统实现了进水阀Y、水泵电机M、水流模块、水池液位、水塔液位自动运行，实时监控记录水位运行情况。显示控制面板故障模拟任务描述8水塔水位监控触摸屏设计构成任务分析9系统模拟运行界面点击“复位”按钮，所有设备处于初始状态；点击“开始”，进水阀Y打开开始向水池注水，当水池液位超过S4，电机M开始工作，开始向水塔供水；当水池水位超过S3，进水阀Y停止关闭，水池水位下降；当水塔水位超过S1，电机M停止工作。点击“停止”，电机和阀门立刻关闭，水池水位不变，由于用户在不断用水，水塔水位持续下降

任务实施101.实时数据库组态新建工程“水塔水位控制工程”，在实时数据库中建立变量数据库变量表名称类型对象初值数据说明复位开关型0工程复位启动开关型0工程启（1）或停（0）水塔水管流动开关型0水塔水管内流动块的动作水池进水管流动开关型0水池进水管内流动块的动作进水阀Y启停开关型0进水阀Y启（1）或停（0）电机M启停开关型0电机M启（1）或停（0）电机M旋转数值型0水泵的旋转动作水塔水位数值型0水塔液位位置水池水位数值型0水池液位位置进水阀故障开关型0进水阀故障（1）或故障解除（0）进水阀Y故障报警开关型0进水阀Y故障报警(1)进水阀报警时间数值型4报警时间设置计时数值型0时间计数任务实施112.用户窗口组态用户窗口用户窗口界面图左侧为图形显示区，反映实水塔水位的运行状况，进行进水阀、电机、水泵、液位状态进行监控；右侧为功能区，包括控制面板、故障模拟及报警故障定时器，可以实现系统复位、启停以及进水阀故障以及故障时间的设置任务实施122.用户窗口组态制作水塔制作水塔水罐单击工具箱中的“位图”按钮，在用户窗口空白处单击并拖动鼠标，画出一个大小合适的矩形框，右击该矩形框，选择“装载位图”作为水塔底座。水塔的水罐，单击“插入元件”中的“储藏罐”的“罐49”，右击该元件，选择“排列”中的“分解单元”可以选择需要的部分，进行“填充颜色”的设置。水罐液位的变化，单击“矩形”，填充颜色为“白色”的矩形做空罐，“填充颜色”蓝色的矩形任务实施132.用户窗口组态制作水塔水塔中液位属性设置蓝色矩形大小变化属性页中，单击按钮，在弹出的“变量选择”窗口中双击“水塔水位”变量任务实施142.用户窗口组态制作水池单击公共图库中的“阀59”，工具箱里“椭圆”的“填充颜色”设置为红色，勾选“填充颜色”、“闪烁效果”。在“填充颜色”表达式中输入“进水阀Y启停”,在“闪烁效果”表达中输入“进水阀Y故障报警”制作进水阀水池类似于水塔水罐液位的变化制作，画出“填充颜色”为白色和蓝色两个矩形，蓝色矩形的关联变量为“水池水位”。任务实施152.用户窗口组态制作水泵水泵选自公共图库“水泵38”，水泵叶片是工具箱中“多边形或折形”画出4个封闭小矩形。选择其中互相垂直的2个矩形做同样的属性设置，勾选“可见度”选项。制作水泵叶片任务实施162.用户窗口组态制作水泵切换到“可见度”选项卡，在表达式中输入“电机M旋转>=0AND电机M旋转<45”。另外2个互相垂直的小矩形，“可见度”表达式关联“电机M旋转>=45AND电机M旋转<=90”。随着变量“电机M旋转”的变化，水泵叶片就旋转起来。工件填充颜色属性设置任务实施172.用户窗口组态制作传感器电机选自公共图库“马达25”，在动画连接的“填充颜色”中与“电机M启停”变量相关联。制作电机单击公共图库中的“传感器11”,以及工具箱中的“椭圆”的“填充颜色”设置为红色任务实施182.用户窗口组态制作流动块与电机M相连的流动块的属性设置在常用图符工具箱里，选中“流动块”动画构件图标，点击鼠标左键，生成一段流动块，再拖动鼠标生成下一段流动块，想结束绘制时，双击鼠标左键即可。与电机M相连的2个流动块做同样的“流动属性”动画连接。与进水阀Y相连的2个流动块的“流动属性”表达式为“水池进水管流动”。任务实施192.用户窗口组态控制面板区制作“复位”按钮脚本程序设置依次完成“复位”按钮、“启动”按钮、“停止”按钮制作。复位按钮连接变量“复位”并“置1”。在“启动”按钮的“脚本程序”属性设置中，点击“抬起脚本”页面输入“启动=1”。“停止”按钮的“脚本程序”为“启动=0”。任务实施202.用户窗口组态故障模拟区制作依次完成“进水阀故障”按钮、“进水阀故障解除”文本制作。“进水阀故障”按钮的“脚本程序”和右侧指示灯的“填充属性”表达式中，输入“进水阀Y故障=1”。“进水阀故障解除”按钮的“脚本程序”和右侧指示灯的“填充属性”表达式中，输入“进水阀Y故障=0”。任务实施212.用户窗口组态报警时间区制作在工具箱中选择“文本”标签制作，在“扩展属性”页文本内容输入“故障报警定时器秒”。在这个文本中间插入新的文本，新文本的“扩展属性”页文本内容，输入“###”，勾选“显示输入”和“按钮输入”属性，“显示输出”和“按钮输入”的属性设置表达式“进水阀报警时间”“###”标签属性设置任务实施222.用户窗口组态制作水泵切换到“可见度”选项卡，在表达式中输入“电机M旋转>=0AND电机M旋转<45”。另外2个互相垂直的小矩形，“可见度”表达式关联“电机M旋转>=45AND电机M旋转<=90”。随着变量“电机M旋转”的变化，水泵叶片就旋转起来。工件填充颜色属性设置任务实施233.运行策略组态控制策略水塔水位监控系统保持水池的水位在S4-S3之间，当水池水位低于下限液位S4，进水阀打开开始注水，若4S（进水阀报警时间）以后，若水池水位没有超过水池下限位，则系统发出报警，若水池水位高于上限液位S3，进水阀停止注水；保持水塔水位在S2-S1之间，当水塔水位低于水塔下限位S2,则驱动电机M开始工作向水塔供水（但是若水池水位低于下限位，电机M不能工作），当水塔水位高于上限位S1，电机M停止抽水。脚本程序流程图任务实施244.

调试运行运行效果把工程下载到触摸屏点击“复位”按钮，所有设备处于初始状态。点击“开始”，进水阀Y打开开始向水池注水，当水池液位超过S4，电机M开始工作，开始向水塔供水；当水池水位超过S3，进水阀Y停止关闭，水池水位下降；当水塔水位超过S1，电机M停止工作；点击“停止”，电机和阀门立刻关闭，水池水位不变，由于用户在不断用水，水塔水位持续下降。系统模拟运行界面TASKONE水塔水位智能控制与运行任务描述|任务分析|任务实施水塔水位智能控制采用PLC作为主控制器，利用传感器采集水塔和水池的水位上下限，从而控制进水阀和电机的启停，实现水塔水位的控制；为了实现安全可靠的运行，本任务还需要实现水塔水位智能控制的远程监控。任务描述26任务分析27系统构成图将西门子S7-1500作主控制器，与模块ET200SP通过ModbusRTU进行通讯；用S7-1500作主站通讯模块；在ET200SP的CPU编写从站通讯程序模块以及从站通过检查到的水池、水塔液位从而用来控制进水阀Y、电机M开启/关闭的程序模块；将S7-1500与触摸屏通过工业以太网正确通讯，从而实现系统对设备的监控功能任务实施281.设备组态硬件设置Modbus-RTU主站为安装在S7-1500主机架上的CMPtPRS422/485HF；Modbus-RTU从站模块为安装在ET200SP上的CMPtP，接口类型为RS485，通信波特率为9600bit/s，无奇偶校验任务实施292.Modbus从站程序编写Modbus从站通讯程序从站中“Modbus_Comm_Load”参数设置在“Main[OB1]”中，通过指令目录下“通信—>通信处理器—>Modbus(RTU)”中调用“Modbus_Comm_Load”和“ModbusSlave”指令，并对指令进行参数化。“ModbusSlave”参数设置任务实施302.Modbus从站程序编写Modbus从站PLC程序系统程序流程图程序设计可采用状态转移程序，按照控制要求执行。触摸屏变量PLC主站PLC从站PLC启动开关DB4.DBX0.0I0.0水塔上限位S1DB4.DBX0.2I0.2水塔下限位S2DB4.DBX0.3I0.3水池上限位S3DB4.DBX0.4I0.4水池下限位S4DB4.DBX0.5I0.5进水阀Y启停DB4.DBX2.0Q0.0电机M启停DB4.DBX2.1Q0.1进水阀Y故障报警DB4.DBX2.2Q0.2工程变量与主、从站PLC的设备通道对应表任务实施313.Modbus主站程序编写Modbus从站通讯程序主站中“Modbus_Comm_Load”参数设置在指令目录下“通信—>通信处理器—>Modbus(RTU)”中调用“Modbus_Comm_Load”和“ModbusMaster”指令，并对指令进行参数化。“ModbusSlave读取从站的6个输入位数据“ModbusSlave读取从站的3个输出位数据任务实施324.组态软件MCGS和主站PLC设备的通讯MCGS与主主站PLC通讯设置设备使用了西门子1500系列PLC，需要把组态软件MCGS和PLC设备实现通讯，注意需要把两者配置在同一个局域网内。输入指令信号有传感器信号，输出控制信号有电机和阀门。MCGS与主站PLC、从站PLC的设备通道的连接有对应关系。在设备窗口中，先后双击“通用TCP/IP父设备”和“西门子_1500”,添加至“设备组态”窗口中，需要增加相应的PLC寄存器通道，完成“设备组态”设置。任务实施335.联机调试MCGS与主主站PLC通讯设置将组态程序下载到触摸屏中，再用工业以太网方式将PLC与触摸屏连接，测试步骤如下。进行测试时设备实际动作应该与触摸屏上的仿真