PLC实验平台开发

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 44 页PLC 实验平台开发 摘要: 随着时代的发展，PLC 在工业自动化领域中的应用越来越广泛，而目前用于教学的 PLC 实验平台却存在着不少缺陷，在一定程度上制约着工业自动化相关人才的培养。随着计算机技术的提高，计算机在工业上的作用也越来越重要，利用计算机的强大功能开发综合 PLC 实验平台也逐步成为趋势。本文将介绍如何利用人机交互界面开发 PLC 实验平台，针对目前 PLC 实验平台的可视性进行改进。目前的 PLC 实验平台大多使用硬件构建，本实验平台在结构上采用软硬件相结合的方法，在两方面对 PLC 实验平台进行改进。一是 PLC 的接口。用可扩展的硬件模块，可满足不同实验对 PLC I/O 点数的需求，也可以与不同型号的 PLC 相连。二是实验的设计。利用实验平台开发软件，实验人员可以利用该软件以触控的方式设计所需的实验界面，使得 PLC 实验的内容修改更加方便，提高实验的灵活性。将 PLC 实验的内容用软件模拟，简化了硬件设备，将硬件只作为计算机和 PLC 之间的接口，有效的降低硬件的出错几率和维护成本，提高硬件的便携性。将可满足多种 PLC 的智能实验平台应用在教学上有两方面优势：一方面可以随时更换不同型号的 PLC，能让学生了解不同型号 PLC 的特点。另一方面可以随意设计实验的内容，可以根据需要针对某些工业控制设计相应的实验。若将本实验平台应用在工程上，可以大大增加工程的可视效果和可操作性。关键词：PLC 实验平台，人机交互界面，触控屏中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 44 页The Development of PLC Experiment PlatformAbstract: As time goes by，PLC has been used more and more widely in industrial automation，However，PLC experiment platform used for teaching these days has quite a few defectsAnd these defects restrict the training of industrial automation personnel to a certain extentWith the development of computer technology，the effect on industry has been more and more important and utilizing computer to develop of PLC experiment platform has been a trend Development of PLC experiment platform by use of HMI and improving aim at the present PLC experiment platforms visibility are introduced in this thesisPresent PLC experiment platforms are mostly made of hardwareThis PLC experiment platform is composed of hardware and software，and improved at two waysOne is PLC interfaceBy using extensible hardware module，the platform would adapt to various PLC and different demand on number of PLC I/0The other is design of experiment By using the experiment platform development software，experimenter can design own experiments in configurative wayBy this way，designing of PLC experiment becomes more convenience and agilityBy simulating the PLC experiment platform with software，the hardware equipment just works as an interface between computer and PLC。This method would effectively simplify the hardware，reduce the probability of hardware error and cost of maintenance，increase the portability of hardware There are two advantages by using this PLC experiment platform on teaching。One is that we can change different type of PLC，And it is helpful for students to realize the specialty of different type of PLCThe other is that the teacher can design the experiment optionally，design certain experiment aimed at certain industrial controlIf using this platform on industrial project，engineers can greatly increase the visual effect and maneuverability of engineering.Key words: PLC experiment platform，HMI，touch screen中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 44 页目 录1 引言 .11.1 PLC 介绍 .11.1.1 PLC 的工作原理 .11.1.2 PLC 的特点 .21.1.3 PLC 在工业中的应用 .21.2 触摸屏的介绍 .31.2.1 触摸屏的特点 .31.2.2 触摸屏的分类及特点 .41.3 研究的步骤和方法 .42 施耐德 PLC 实验平台简介 .52.1 施耐德 M218 PLC .62.1.1 M218 PLC 的特点 .62.2 Somachine 软件的介绍 .72.3 Somachine 的通信协议 Modbus 协议 .82.3.1 Modbus 通信协议的特点 .92.3.2 Modbus 传输模式 .93 人机界面配置软件 Vijeo Designer .103.1 Vijeo Designer 软件的介绍 .103.2 Vijeo Designer 配置 .113.3 Vijeo Designer 功能 .123.4 新建一个工程 .124 小结 .155 三种控制系统的设计 .155.1 两种溶液混合控制系统 .155.1.1 两种溶液混合的控制要求 .155.1.2 两种溶液混合的控制流程图 .165.1.3 两种溶液混合控制系统的 I/O 分配 .16中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 44 页5.1.4 两种溶液混合控制系统的梯形图 .175.1.5 两种溶液混合控制系统的 Vijeo-Designer 界面 .185.2 交通灯控制系统 .185.2.1 交通灯的控制要求 .185.2.2 交通灯的控制流程图 .195.2.3 交通灯控制系统的 I/O 分配 .195.2.4 交通灯控制系统的梯形图 .205.2.5 交通灯控制系统的 Vijeo-Designer 界面 .215.3 自动售货机控制系统 .225.3.1 自动售货机的控制要求 .225.3.2 自动售货机的控制流程图 .235.3.3 自动售货机控制系统的 I/O 分配 .235.3.4 自动售货机控制系统的梯形图 .245.3.5 自动售货机控制系统的 Vijeo-Designer 界面 .266 结论 .27附录 .28参考文献 .33致谢 .35中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 44 页1 引言1.1 PLC 介绍PLC（Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器，是一种工业控制装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1987 年，国际电工委员会（IEC）定义 1：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 实际上，PLC 是适用于工业环境应用的、可满足实时控制要求的专用计算机 2。PLC 是随着自动化领域计算机、通讯和网络技术发展而发展起来的新兴技术，在工业、农业、国防等方面的现代化中起着相当重要作用，并在国民经济和国防建设的各个领域中得到广泛应用。一个自动控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口等几部分，控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上。控制系统的被控量经过传感器、变送器、输入接口送到控制器，这就是一个典型的自动控制系统的控制过程 3。1.1.1 PLC 的工作原理当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 4。(一) 输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 44 页输入均能被读入 5。(二) 用户程序执行阶段：在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。(三) 输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。1.1.2 PLC 的特点（1）编程简单，维护方便（2）接线简单，成本降低（3）可靠性高，抗干扰能力强（4）模块化组合，灵活方便（5）维修便利，施工周期缩短（6）通信功能强，高度网络化1.1.3 PLC 在工业中的应用可编程控制器（PLC)是在继电器和计算机控制的基础上发展起来的，可编程控制器简称 PC，经历了可编程序矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 44 页程序逻辑运动控制器 PLC(Programmable Logic Controller)和可编程序控制器PC不同的时期。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程 6。PLC 还可用于开关量的控制、模拟量的控制、数子量的控制、数据采集、监控、联网、通信等领。事实上，PLC 已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它 7。1.2 触摸屏的介绍触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器 8。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后传送到触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用，是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将其转换成触点坐标，再送给 CPU，同时能接收 CPU 发来的命令并加以执行。如今的电气和电子设备采用了以下五种类型的触摸屏技术：电阻式、表面电容式、投射电容式、表面声波式和红外线式 9。其中前三种适合用于移动设备和消费电子产品, 后两种技术做出的触摸屏不是太昂贵就是体积太大, 因此不适合上述应用 10。采用以上任何一种触摸屏技术的系统都由感应装置、与电子控制电路的互连装置和控制电路构成。1.2.1 触摸屏的特点触摸屏（HMI）是实现人与机器信息交互的数字设备，它用于连接可编程程序控制器、直流调速器、变频器、仪表等工业控制设备，使用显示屏进行显示，并通过触摸屏、键盘、鼠标等的输入单元写入工作参数或输入的操作命令 11。施耐德 PLC 和触摸屏的结合使用，可以实现最优的自动化控制，若生产过程中 PLC 控制系统硬件发生故障，可以立即査明原因更换相应器件，最大限度的缩中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 44 页小在线维修吋间，若触摸屏在运行中出现意外故障，无法显显和监控时，PLC 能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵 12。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁、明了。 总之，触摸屏技术的发展趋势，具有专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等特点。随着信息社会的发展，人们需要获得各种各样公共信息，以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统，通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。我们相信，随着技术的迅速发展，触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要的作用。1.2.2 触摸屏的分类及特点触摸屏的主要四大种类是：电阻技术触摸屏、 表面声波技术触摸屏、 电容技术触摸屏和红外线式触摸屏 13。 每一类触摸屏都有其各自的优缺点,要了解那种触摸屏适用于那种场合, 关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点 14： （1） 操作简单 只需要手指轻触电脑屏幕上的有关部门按钮，便可以进入信息世界。有关信息包括文字、动画、录像、游戏等。（2）信息丰富 信息存储几乎不受限制，任何复杂的数据信息，都可以纳入多媒体系统，而且信息种类丰富，可以达到视听皆备。（3）响应迅速 系统采用尖端技术，对大容量数据查询，响应速度也是一指即来，不用费神等待，真正达到奔腾的速度。（4）安全可靠 长时间连续运行，对系统无任何影响，系统稳定可靠，正常操作不会出错、死机;维护容易,系统包括一个与演示系统界面完全相同的管理维护系统，可方便地对数据内容进行增、删、改等管理操作。（5）扩充性好 具有良好的扩充性，可随时增加系统内容和数据，并为今后的联网、多数据库的操作等提供方便。（6）动态联网 系统可根据用户需要，建立各种网络连接，例如与电信营业网、电信帐务网联接，动态查询电话受理进程及个人电话帐单，亦可与企业内部的INTEANET、INTERNET 互联网联接。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 9 页 共 44 页1.3 研究的步骤和方法首先通过查阅相关资料了解目前国内外 PLC、触摸屏的发展现状和发展趋势，了解它们的特点 15。这次的设计是对施耐德 PLC 实验平台（平台 A）中人机交互界面同 PLC 的控制之间的开发，学会使用施耐德 PLC 编程软件 Somachine 软件和人机交互界面配置软件 Vijeo Designer16。（1）了解施耐德 M218 PLC 和 Magelis 人机交互界面 HMI GXO3501高级面板;（2）学会使用 Somachine 软件 和 Vijeo Designer 配置软件 ；（3）分析两种溶液混合、交通灯、自动售货机的控制要求；（4）利用 Somachine 软件编写梯形图和用 Vijeo Designer 配置软件编写实验控制界面，由施耐德 PLC 和人机交互界面 HMI GXO3500高级面板来实现实验控制；(5) 介绍设计方法和设计结果，运行看是否达到控制要求；(6) 对以前所做的工作进行总结，确定下一步的研究方向。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 10 页 共 44 页2 施耐德 PLC 实验平台简介全球能效管理专家施耐德电气为世界 100 多个国家提供整体解决方案，其中在能源与基础设施、工业过程控制、楼宇自动化和数据中心与网络等市场处于世界领先地位，在住宅应用领域也拥有强大的市场能力。致力于为客户提供安全、可靠、高效的能源，1987 年，施耐德电气在天津成立第一家合资工厂梅兰日兰，将断路器技术带到中国，取代传统保险丝，使得中国用户用电安全性大为增强，并为断路器标准的建立作出了卓越的贡献。90 年代初，施耐德电气旗下品牌奇胜率先将开关面板带入中国，结束了中国使用灯绳开关的时代。施耐德电气的高额投资有力地支持了中国的经济建设，并为中国客户提供了先进的产品支持和完善的技术服务，中低压电器、变频器、接触器等工业产品大量运用在中国国内的经济建设中，促进了中国工业化的进程。凭借其对五大市场的的深刻了解、对集团客户的悉心关爱，以及在能效管理领域的丰富经验，施耐德电气从一个优秀的产品和设备供应商逐步成长为整体解决方案提供商。今年，施耐德电气首次集成其在建筑楼宇、IT、安防、电力及工业过程和设备等五大领域的专业技术和经验，将其高质量的产品和解决方案融合在一个统一的架构下，通过标准的界面为各行业客户提供一个开放、透明、节能、高效的能效管理平台，为企业客户节省高达30的投资成本和运营成本 17。目前，关于 PLC 的生产厂家的确很多，包括三菱、西门子、松下等，而施耐德厂家具有其强大的功能和特色,施耐德 PLC 平台是由施耐德 PLC 及其拓展模块、变频器、伺服电机、变送器、热电偶传感器和触摸屏等构成。其中施耐德 PLC 具有强大的功能，它自带的 Somachine 软件可实现编程和各种变量的分配。PLC 平台中的触摸屏是施耐德 PLC 实验平台的一大特色，可实现工业现场模拟。通过利用 Somachine 软件对控制系统中各种输入输出变量的定义，对控制系统中控制对象的编程来实现各种控制，并且通过力控组态软件绘制各个控制系统组态界面。最后把已经编译好的程序下载到 PLC 中，把绘制好的组态界面下载到触摸屏中，运行看能否达到预期的控制要求。2.1 施耐德 M218 PLCM218 PLC 作为 Premium 和 Quantum 以及 M258/M238 产品线后的最佳拓展，中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 11 页 共 44 页融合了可编程控制发明者的最新核心技术，集合了多种强劲功能和创新技术于一身，在灵活、功能强大的 Somachine 软件的配合下，成为小型项目的最佳解决方案 15。2.1.1 M218 PLC 的特点 精巧的外形： M218 PLC 的模块采用结构紧凑的外形，大大节省了安装空间； M218 PLC 还提供了多种 I/O 模块，支持绝大多数 Twidow TW2 系列 I/O 模块 及部分 TWD 系列高功能模块； M218 PLC 在 CPU 模块上集成多种通讯端口，如 USB、串口、Ethernet 端口；强大的功能： M218 PLC 拥有功能强大的高性能处理器，具有出色的布尔量、整型、浮点数处理能力； 拥有高达 1024KB 用户内存，最多可存储 10K 条指令； M218 PLC 还提供了多种专用功能，如高速计数器、脉冲输出等，便于实现多种复杂控制应用； 简单的程序开发： Somachine 是一款专业、高效且开放的软件解决方案，可以在单一环境中开发、配置和试运行整个机器； Somachine 编程软件是统一、简单和用户友好的软件，可以用于任何一款M218、M238、M258 系列产品，便于应用程序在不同平台间移植； Somachine 软件支持 6 种编程语言，便于程序开发、调试、维护、诊断等操作； 可让使用者对 Shneider Electric 灵活机器控制套件中的所有元素进行编程并试运行。2.2 Somachine 软件的介绍SoMachine 用于在单一软件环境下配置、编程和试运行整个机器,它由专用于具体编程任务的 2 个组件组成： (1) SoMachine 组件，用于控制器编程:Somachine 软件可以让 Schneider Electric 灵活机器控制套件中的所有元素中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 12 页 共 44 页进行编程并试运行，并且可以创建大多数机器所需要的最优化控制解决方案。SoMachine 通过一个软件平台提供整个机器设备开发，配置，和调试的完整环境，包括逻辑控制，运动控制，HMI 以及相关自动化网络功能。SoMachine 还可以用于Modicon M218, M238，M258 系列 PLC 的软件开发，还集成了运动控制，HMI 的开发工具，可以不受限制在统一软件平台上开发一套完整的解决方案。SoMachine软件平台包括有：一个软件平台、一个项目文件、一根电缆连接、一次下载操作。（1）Somachine Electric 灵活控制器包括： 1 个软件环境：Somachine 软件； 4 个硬件控制平台类型：人机交互界面控制 HMI Controller逻辑控制 Logic Controller运动控制 Motion Controller驱动控制 Drive Controller 其他设备：HMI、速度驱动器、 分布式 I/O 模块。图 2.1 施耐德电气（2）Somachine 软件的各种语言及适用的控制类型：1. 梯形图（LD）：适合于逻辑控制；2. 功能块图（FBD）：适合于典型固定复杂算法控制如 PID 调节等；中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 13 页 共 44 页3. 顺序功能图（SFC）：适合于多进程时序混合型复杂控制；4. 指令表（IL）：适合于简单文本自编专用程序；5. 结构化文本（ST）：适合于复杂自编专用程序，如特殊的模型算法；6. 连续功能图（CFC）：在 CFC 编辑器中，以图形块的形状表示控制功能。2.3 Somachine 的通信协议 Modbus 协议Modbus 是由 Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的 18。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在 Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在其他网络上，包含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。此协议支持传统的 RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括 PLC，DCS，智能仪表等都在使用 Modbus 协议作为他们之间的通讯标准。目前常用的 Modbus 版本：Modbus ASC; Modbus RTU; Modbus TCP,所有的Modbus 信息都是以相同的格式进行传送，在这三种不同的 Modbus 版本之间唯一的差别就是信息是怎样编码的。2.3.1 Modbus 通信协议的特点（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用 Modbus 协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持 Modbus 的厂家超过400家，支持Modbus 的产品超过600种。（2）Modbus 可以支持多种电气接口，如 RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 14 页 共 44 页（3）Modbus 的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。2.3.2 Modbus 传输模式Modbus 通信协议是完全公开和透明的。Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式 18。Modbus 是一种主从式串行异步半双工结构的通信协议，主设备是与一个或是多个从设备进行通信。一般的主设备是 PLC、PC，从设备是现场仪表设备。所有的这些现场仪表设备都是以多分支网络方式连接到系统中。控制器能设置为两种传输模式（ASCII 或 RTU）中的任何一种在标准的 Modbus 网络通信。所选的ASCII 或 RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其它网络上 Modbus 消息被转成与串行传输无关的帧 19。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 15 页 共 44 页3 人机界面配置软件 Vijeo Designer3.1 Vijeo Designer 软件的介绍从高级画面创作到数据管理，Vijeo Designer 使人机界面的开发变得比以往任何时候都更容易以顺应现实世界对人机界面的应用需求。Vijeo Designer 是一个由 Schneider Electric Industries SAS 开发的人机界面 (HMI) 工程开发软件。根据不同需要，你可以在不同的计算机和平台上，以及在各种不同的环境中，运行由 Vijeo Designer 创建的用户应用程序人机界面工程。利用 Vijeo Designer，你能创建出具有功能化图形和动画的高级画面，以满足从最简单到最复杂的一切需求。Vijeo Designer 在人机界面设计和运行方面所采用的独特方法将开发的工作量降到了最低。Vijeo Designer 多平台配置软件可以用来创建操作员应用程序，以便控制用于以下设备的自动化系统：Magelis XBT GT 和 XBT GK 系列终端开放式终端 XBT GTWMagelis Smart HMI 版， Magelis Compact iPC HMI 版，以及 PC BOX HMI 版。可以将 Vijeo Designer 和合适的终端组合使用，可以提供满足各种制造厂商需求的解决方案，而花费仅是重新配置软件。Vijeo Designer 配置软件可以为Magelis STO/STU、XBT GT、GK、GTW、GH 终端和 Smart 及 CompactiPC 和 PC BOX创建自动化系统控制操作员对话应用程序。它还可以管理 XBT GTW 和 Smart 及CompactiPC 的多媒体功能 (视频和音频) ，并通过 Web 浏览器向用户提供以太网终端和 iPC 远程访问(WEB Gate 功能) 。Vijeo Designer 产品方案可以支持视频图像流，从而允许用户访问新应用程序。用户可以在人机界面对话页面上即时浏览他们的进程，也可以稍后浏览。Vijeo Designer 采用了 Magelis Ethernet TCP/IP 连接，因此它能够支持网关的远程访问，在终端之间共享应用程序数据，传输变量的菜单和日志，此外还有更多功能，所有功能都可以确保全面的安全性。应用程序可以具有国际通用的特点：Vijeo Designer 可以在一个项目中支持 15 种语言(在 XBT GT/GK 终端上提中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 16 页 共 44 页供了 40 个字母表)。Vijeo Designer 接口和文件有 7 种语言：英语、法语、德语、意大利语、葡萄牙语、西班牙语和汉语 (简体中文)。Vijeo Designer 可以运行在任何安装了 Windows XP Professional 或 Vista 的 PC 上。它支持扩展应用程序的 WYSIWYG (1) 模拟 (不使用 XBT GT/GK/GTW 终端或目标 MagelisiPC)，可以模拟 PLC 变量 (I/O、内部位和字)，并确保在 XBT GT/GK/GTW 基本终端或 Magelis Smart/Compact HMI 版 iPC 上运行的应用程序具有全面的安全性。3.2 Vijeo Designer 配置Vijeo Designer配置软件凭借其围绕6个可配置窗口开发的人机工程学特性，可以快速、简便地处理操作员对话工程。它还提供全面的应用程序管理工具 20：.工程创建,包含一个或多个目标的工程 (终端或iPC) 。.配方编辑器 (32组，每组256个配方，每个配方最多1024种成分) 。.用户操作列表 (如脚本) ，用以实现应用程序的适应能力。.应用程序变量交叉引用。.矢量图形库，用以使图形屏幕更具吸引力。.应用程序框图文档记录。.仿真模式，用于实现简单的设计室应用程序测试。.高性能图形编辑器，用于实现简单框图创建 (超过30种动画式预配置通用对象) 。.支持图层和遮盖，以实现更快速的开发。.数据共享 (最多可共享8个终端上的300个变量) 。.管理40种字符 (包括简体中文、朝鲜语、阿拉伯语和希伯来语) ，且每个应用程序和动态变更可以有15种语言。.可编程控制器数据库共享 (Unity Pro、PL7、Concept、TwidoSoft、ProWORX、ModSoft) ，过程变量或操作员操作.高级追溯功能 (周期性、发生事件时或应需进行) 。.在终端上进行项目备份，以进行简单维护。.对用户友好的数据恢复工具。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 17 页 共 44 页.支持标准USB外设 (USB键可达4 GB) 。.支持外接USB键盘和鼠标。.与施耐德电气设备集成 (缓冲区对话框、变量访问、Unity DDT和未定位变量) 。.事件触发式电子邮件功能。.超过35种第三方协议。.多语言软件：英语、法语、德语、意大利语、西班牙语、葡萄牙语和简体中文。.报告打印。3.3 Vijeo Designer 功能1、简单创建真实感强且具有动画功能的画面：Vijeo Designer所具备的多种动画功能使画面创作变成很简单的事。它还提供了应用范围很广的多种多用途组件，在Vijeo Designer友好易用的图形界面上，你能够很快上手并放心操作。2、简单快速地将多个 PLC 连接到单个控制画面Vijeo Designer 支持与多个外部设备的连接设置。同时，Vijeo Designer 还支持多种设备驱动程序，使得无需编程即可实现数据传输。画面类型：使用 Vijeo Designer，通过组合不同的部件，如组件、绘图对象和动画等，可以很容易地创建出用于操作和控制的标准画面。你可以创建所需要的与你的单位和业务相关的画面。你可以创建的典型画面有操作画面、监控画面、弹出式窗口画面和报警画面。组件类型：在 Vijeo Designer 中，组件是创建画面时的重要元素。使用这些功能，你能创建出不同类型的画面，例如操作画面、监控画面、报警画面和弹出式窗口画面。3.4 新建一个工程本节将概述使用 Vijeo Designer 的步骤 ：1. 安装 Vijeo Designer。2. 创建新工程。3. 设置目标。4. 设置与控制器硬件间的通信。5. 在画面上绘制对象。6. 保存工程。 7. 执行错误检查。 8. 生成工程。9. 在目标机器上安装 Vijeo Designer Runtime。10. 将工程下载到目标机器。11. 运行工程。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 18 页 共 44 页图 3.1 创建一个新工程图 3.2 命名一个新工程中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 19 页 共 44 页图 3.3 选择目标类型图 3.4 指定传输类型中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 20 页 共 44 页图 3.4 完成工程创建中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 21 页 共 44 页4 小结施耐德 PLC 平台包括有施耐德 PLC 及其拓展模块、触摸屏、变频器、伺服电机等主要部件。根据要设计的控制要求利用 Somachine 软件设计出溶液混合、交通灯、自动售货机三个控制系统的梯形图,其次就是利用 Vijeo-Designer 软件同样设计出这三个控制系统的人机交互界面，通过设计画面并编写脚本程序实现各种动态界面，实现各种控制 21。下面第五章首先要利用 Somachine 软件设计出两种溶液的混合、交通灯、自动售货机三个控制系统的梯形图，其次就是利用Vijeo-Designer 软件设计出三个控制系统的人机交互界面，运行看能否达到预期的设计要求 22。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 22 页 共 44 页5 三种控制系统的设计5.1 两种溶液混合控制系统5.1.1 两种溶液混合的控制要求初始状态：容器是空的；启动操作：当按下进水阀门 Y1 时，水箱的水位开始上升，当水位上升到50ml 时，进水阀门 Y2 打开，进水阀门 Y1 关闭，水箱水位继续上升。当水箱水位上升到 100ml 时，进水阀门 Y1、Y2 关闭，搅拌器搅拌 10s 后停止搅拌。当搅拌器停止搅拌时，出水阀门 Y4 打开时，水箱水位开始下降，当水位下降至 10ml 时，延迟 5s 后出水阀门 Y4 关闭。5.1.2 两种溶液混合的控制流程图图 5.1 两种溶液混合的控制流程图5.1.3 两种溶液混合控制系统的 I/O 分配Start(%MX 70.0)：开始运行按钮 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 23 页 共 44 页Stop (%MX 70.1)：停止运行按钮Y1 (%MX 80.1)：进水阀门 1Y2 (%MX 80.2)：进水阀门 2Y4 (%MX 80.3)：出水阀门l1 (%MX 70.2)：水位 1l2 (%MX 70.3)：水位 2l3 (%MX 70.4)：水位 35.1.4 两种溶液混合控制系统的梯形图中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 24 页 共 44 页图 5.2 两种溶液混合控制系统的梯形图5.1.5 两种溶液混合控制系统的 Vijeo-Designer 界面开发界面：中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 25 页 共 44 页图 5.3 两种溶液混合的开发界面5.2 交通灯控制系统5.2.1 交通灯的控制要求初始状态：东、南、西、北的红、绿、黄的各个灯是灭的交通灯分别分布在东、南、西、北四个方向，每个方向均有红、绿、黄三种灯。各个方向的红、绿、黄经过相应的延时顺序动作。其中红灯延时 6s,黄灯延时 1s,绿灯延时 5s。5.2.2 交通灯的控制流程图图 5.4 交通灯的控制流程图5.2.3 交通灯控制系统的 I/O 分配r1(%MX 180.0)：南北红灯中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 26