嵌入式组态控制技术（第四版）课件 项目四 工业水洗机控制系统解决方案设计

项目描述：根据客户需求，在已经研发的工业水洗机硬件机构上，采用触摸屏和可编程控制器进行电气控制系统设计开发。要求该电气控制系统既能实现工业水洗机的虚拟仿真运行，又能与三菱可编程控制器系统实现实时监控。

工业水洗机的工作流程依次为：进水、正转、正转暂停、反转、反转暂停、脱水、排水。操作人员能设置自动循环运行次数，系统默认为单周期运行模式。能力目标：1．完成工业水洗机虚拟仿真运行界面设计；2．实施触摸屏组态界面的动画设计；3．掌握运行策略编程与组态虚拟运行调试；4．设计PLC程序，完成连机调试功能。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计项目分析解决方案设计：一、为了实现客户的虚实结合要求，项目的解决方案是必须在软件程序设计上做变化，整个项目必须开发触摸屏脚本程序和PLC控制程序两套软件。二、系统分单周期和多周期自动循环运行两种模式，两种自动流程均是典型的状态流程运行模式，因此控制程序的设计以状态编程方式为主。最后，系统在满足客户要求的同时，还要考虑界面的美观，操作的便捷。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计

触摸屏与PLC的控制系统架构为：TPC7062Ti连接三菱FX3U系列PLC驱动FR-E700系列变频器控制工业水洗机的波轮电动机旋转，温度和液位传感器为检测信号。系统的解决方案框架如图所示：系统解决方案框架图项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计触摸屏设计思路：根据制定的系统解决方案，触摸屏界面的构思设计如下：(1)在触摸屏上设计一个“虚拟仿真”与“连机运行”的工作模式切换按钮，实现脚本程序运行与PLC程序联动运行的自由切换。虚拟仿真运行模式可适用于系统前期的仿真测试。在连机运行时，使用PLC联动模式，各个控制设备均由PLC完成控制，完成真实设备的连机调试。(2)触摸屏界面能实时监测每个设备的运行状态，实时显示每个阶段的运行数据和动画效果。(3)触摸屏系统内部同时能记录运行中的各项重要数据，便于后期查阅和调取。(4)整个系统拥有完善的安全机制，可以对运行过程中的数据进行报警显示和处理。

项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计任务1：数据库组态在实时数据库中新建变量，变量名称和类型参考表：项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计

任务2：窗口组态项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计

触摸屏界面围绕组态软件整体设计思路开发，要考虑客户需求和操作人员的便利性，组态界面上需要把运行参数和功能按钮都显示出来，运行状态和动画显示在界面的左侧，按钮和输入框设置在界面的右侧，右手操作时，不会遮挡左侧的动画和数据显示，同时符合从左往右的视觉习惯。

组态控制界面包括虚拟调试按钮、开始、停止、复位四个按钮，一个循环运行次数输入框，一个当前运行时间显示框。

打开组态软件，在用户窗口中新建窗口，窗口名：工业水洗机。双击进入用户窗口，画面设计如图项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（1）水洗机图片装载设置。扫描二维码下载一张水洗机图片，256色位图.bmp格式。在用户窗口中，选择“工具箱”中的“位图”，在画面上拉出一个马赛克图案框，右键点击，选择“装载位图”，如图项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（2）进水阀组态设置。通过“工具箱”中的“插入元件”选择“阀”文件夹中的“阀110”，如图1-3所示。鼠标左键双击“阀110”，选择“数据对象”，在“填充颜色”上选择连接“进水”变量，如图1-4所示。（3）进水管的组态设置。通过“工具箱”中的“流动快”，通过鼠标点击拖拉进行连接。流动快的基本属性设置如图1-5所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计在流动块的流动属性设置中，表达式的值连接“进水”，如图1-6所示。（4）排水阀及排水管的组态设置：排水阀的设计和进水阀一致，但是在“填充颜色”上选择连接“排水”变量，如图1-7所示。排水管的组态设计与进水管一致，在基本属性中，块的颜色可以选择深蓝色，流动属性表达式的值连接“排水”变量。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（5）水洗机旋转轮的组态设置：通过“工具箱”中的“插入元件”选择“马达”文件夹中的“马达57”，右键点击该对象，选择“排列”，再选择“分解单元”，如图1-8所示。去掉外围的图符模块，仅保留最中间的6条直线条，如图1-9所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计双击每一根直线条，在动画组态属性设置中，边线颜色为黄色，特殊动画连接选择“可见度”，如图1-10所示。每一根直线条的可见度属性表达式连接“旋转”，顺时针开始的前3根和后3根直线条的旋转数值分别依次等于：1至3的值，如图1-11所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计水洗机上显示的标签文字设计：选择工具箱中的“标签”功能，标签框放在水洗机的右上角。属性设置为没有填充颜色，没有边线，字符颜色为红色，特殊动画连接选择可见度和闪烁效果，如图1-12所示。标签文字的显示有两种方式：一是通过7个文字标签的可见度表达式的值的变化依次显示。另一种是通过字符串形式显示。第一种显示方式：在扩展属性的文本内容输入文字：进水中···，可见度和闪烁效果的表达式连接“进水”。正转、暂停1、反转、暂停2、排水、脱水这6个开关变量的标签参照进水标签来实现。扩展属性、可见度和闪烁效果均要连接新的文字和以上这6个开关变量。再把这7个标签排列在一起，最后参照进水标签，完成7个标签的顶边界对齐和左边界对齐。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计第二种显示方式：新建“显示”字符串变量，标签动画组态属性设置中的输入输出连接选择“显示输出”，该“显示输出”功能连接的表达式是：“显示”，输出值类型点击：字符串输出，如图1-13所示。闪烁效果表达式连接系统内部时钟：$Second。然后在该画面的属性中选择循环脚本循环策略中，参照输入脚本程序：IF正转=1THEN显示=“正转”等脚本程序。注意：脚本程序中，标点符号均为英文状态下输入。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（6）按钮开关设置：从工具箱中选择“标准按钮”，开始按钮的操作属性设置中，选择数据对象值操作，功能选择：取反，变量连接：启动，如图1-14所示。停止按钮的数据对象值操作与开始按钮的设置一样。复位按钮的数据对象值操作中，功能选择：清0，变量连接：循环，如图1-15所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（7）模拟调试开关设置：选择工具箱中的“动画按钮”，在基本属性中，设置分段点0的文字为：关，如图1-16所示。设置分段点1的文字参照设置为：开。设置变量属性，如图1-17所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（8）流程框图设计：选择工具箱中的“A”标签和直线来绘制画面，对每一个流程框的标签进行如下设置：静态属性的填充颜色选择黄色。颜色动画连接选择“填充颜色”功能，如图1-18所示。各个流程框的“填充颜色”功能属性设置中，各个表达式分别连接对应的开关数据变量。如图1-19所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（9）当前运行时间显示设置：选择工具箱中的“A”标签，标签的输入输出连接增加显示输出功能，显示输出功能的表达式连接：当前时间，如图1-20所示。（10）循环运行次数设置：选择工具箱中的“ab|”输入框，输入框的操作属性中，对应数据对象的名称为：循环次数，如图1-21所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计（11）运行警告提示设置：选择工具箱中的“A”标签，在警告标签的扩展属性中输入文字：循环次数已满，请复位后运行，如图1-22所示。警告标签的闪烁效果和可见度的表达式连接：模式=0，如图1-23所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计在完成窗口组态画面的设计时，还需要双击本窗口的原始基层画面，进行用户窗口属性设置，选择“循环策略”，设置本窗口的专属脚本，如左图所示。该部分脚本程序和主要分两块内容，第一块内容是现实快速的脱水动作，由于循环时间设置成了50ms，所以脱水时，旋转动画每秒钟运行了20次。频率较高，旋转动作较快。第二部分内容与图1-13内容关联，当水洗机运行到对应的流程段时，通过脚本程序实现字符串输出，在水洗机本体上的标签框中显示双引号中对应的文字内容，如右图所示。IF脱水=1THEN旋转=旋转+1IF旋转>=4THEN旋转=1ENDIFENDIFIF进水=1THEN显示="进水中···"IF正转=1THEN显示="正转"IF反转=1THEN显示="反转"IF排水=1THEN显示="排水"IF脱水=1THEN显示="脱水、排水中···"IF暂停1=1THEN显示="正转暂停"IF暂停2=1THEN显示="反转暂停"IF启动=0THEN显示=""项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计任务3：策略组态控制系统主要由“循环策略”中的定时器运行+脚本程序运行来实现，该部分“循环策略”脚本程序对整个组态工程都有效。循环策略的基本架构如左图所示。所有策略都是按照设定的时间循环运行，分为：模式选择、复位程序、运行程序、定时器4个部分，具体的操作步骤如下：首先，双击进入“循环策略”，双击“按照设定的时间循环运行”策略属性，把策略执行方式设置为：200ms周期循环，如右图所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计运行模式选择策略编写：系统运行时，首先要确定循环运行次数，当实际循环次数大于设定值时，则系统复位，停止运行。否则，循环运行。模式选择程序参考图1-28。由于运行模式选择策略需要在模拟调试开关打开的情况下才能运行，因此该策略行需要进行限制，表达式设置为：模拟调试开关=1。按照以上运行模式设定程序，复位模式的策略行条件属性中，表达式的值就必须连接“模式”数据变量，表达式设置为：模式=0AND模拟调试开关=1，当该表达式的值为非0时条件成立，如图1-29所示。IF循环>循环次数THEN模式=0ELSE模式=1ENDIF项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计复位程序的设计思路为复位所有运行参数，因此可以直接把运行中的实时数据设置成“0”，如图1-30所示。工业水洗机自动运行程序设计时，运行模式的策略行条件属性与复位模式类似，仅需要把表达式设置为：模式=1AND模拟调试开关=1，如图1-31所示。计时条件=0当前时间=0复位条件=1计时状态=0启动=0进水=0正转=0反转=0排水=0脱水=0完成=0项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计自动运行程序主要分一下三块：第一块程序的内容为整个运行程序的启动和停止，当按下启动按钮时，系统开始运行，定时器开始计时，样例程序可以参考左图。第二块程序的内容为水洗机旋转动画的控制，当水洗机正转时，旋转数值不断加1，当水洗机反转时，旋转数值不断减1，参考程序如右图所示。IF启动=1THEN复位条件=0计时条件=1ELSE复位条件=1计时条件=0正转=0反转=0ENDIFIF正转=1AND反转=0THEN旋转=旋转+1IF旋转>=4THEN旋转=1ENDIFENDIFIF反转=1AND正转=0THEN旋转=旋转-1IF旋转<=0THEN旋转=3ENDIFENDIF项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计第二块程序的内容为水洗机根据定时器的当前值运转于不同流程之间。当运行到单次流程结束时，循环次数自动加1，自动运行流程的参考程序如图1-34所示。IF当前时间>0AND当前时间<10THEN开始=1进水=1ELSE开始=0进水=0ENDIFIF当前时间>=10AND当前时间<25THEN正转=1反转=0ENDIFIF当前时间>=25AND当前时间<30THEN正转=0反转=0暂停1=1ELSE暂停1=0ENDIFIF当前时间>=30AND当前时间<45THEN正转=0反转=1ENDIFIF当前时间>=45AND当前时间<50THEN正转=0反转=0暂停2=1ELSE暂停2=0ENDIFIF当前时间>=50AND当前时间<60THEN排水1=1正转=0反转=0ELSE排水1=0ENDIFIF当前时间>=60AND当前时间<80THEN脱水=1排水2=1ELSE脱水=0排水2=0ENDIFIF排水1=1or排水2=1THEN排水=1ELSE排水=0ENDIFIF当前时间>=83AND当前时间<85THEN完成=1计时条件=0复位条件=1循环=循环+1ELSE完成=0ENDIF项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计定时器策略编写：由于工业水洗机是按每个流程的时间节点一步步运行的。所以首先要设置一个定时器。点击菜单栏的“新增策略行”，通过策略工具箱添加定时器功能和脚本程序。在模拟运行调试打开的情况下，定时器需要时刻按照计时条件和复位条件来启停运行，因此，定时器的表达式设置为：模拟调试开关=1，如图1-35所示。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计双击打开定时器，在基本属性中连接对应的数据变量值，如图1-36所示。该定时器的工作原理是：设定值为定时器设定的目标初值，当前值为定时器开始计时后的实时时间。当计时条件为1时，定时器开始工作，当计时条件为0时，定时器暂停工作。当复位条件为1时，当前值和计时状态均被复位，定时器恢复到初始状态。复位条件为0时，定时器才能恢复工作。若当前值大于等于设定值，计时状态等于1。若当前值小于设定值，计时状态等于0。项目四：工业水洗机控制系统解决方案设计任务4：运行调试在组态界面设计中，可以多次模拟运行，查看设置中出现的问题，通过查阅资料、老师指点或者软件帮助解决问题和故障。组态设置完成后，点击工程下载并进入运行环境，依次选择：模拟运行-工程下载-启动运行，打开模拟调试开关，按下开始按钮，查看系统的运行情况，水洗