工控网络与组态技术 课件 项目二 任务5 手自动切换小车装卸料控制

项目二任务五手自动切换小车装卸料控制工控网络与组态技术任务内容01学习目标掌握PLC程序编写、触摸屏组态、数据块定义等核心技能02任务描述了解手自动切换小车装卸料控制的任务要求和系统组成03知识储备学习触摸屏动画制作的基础知识和操作方法04任务实施完成PLC编程、触摸屏组态、仿真调试的完整实施05拓展练习四层电梯控制系统的设计与实践06总结评价任务总结、训练作业和评价标准学习目标PART

01学习目标1学习目标

/LearningObjectives1掌握西门子PLC手动与自动切换程序的编写理解手自动切换的逻辑原理，能够编写完整的PLC控制程序，实现手动模式和自动模式的平滑切换2掌握触摸屏的棒图、报警及移动动画效果的组态学会使用WinCC软件组态棒图显示、离散量报警、水平移动动画等高级功能，提升人机交互体验3掌握博途数据块的定义和调用理解数据块（DB）的概念和作用，掌握全局数据块的创建、变量编辑和访问模式设置4掌握博途函数块调用的应用学会创建和调用函数块（FC），实现程序的模块化设计，提高代码的复用性和可维护性5能够根据故障排查PLC程序或屏画面故障培养故障分析和排查能力，能够快速定位并解决PLC程序和触摸屏画面中的问题任务描述PART

02任务描述1任务描述/TaskDescription任务目标设计一个手自动切换的小车装卸料控制系统，通过触摸屏实现人机交互，能够实时显示小车位置、装卸料状态、报警信息等。实现手动/自动两种操作模式小车在装料位和卸料位之间往返运行装料和卸料各需5秒时间实时显示报警信息和运行状态系统组成S7-1200PLCKTP700触摸屏博途编程软件工业交换机控制界面效果图任务描述2任务描述/手动模式工作流程手动模式特点2任务描述/手动模式工作流程1初始状态小车初始位置在装料位，报警画面显示"小车开始装料"，系统处于待机状态2切换手动模式按下"手自动切换"按钮，将系统切换为手动操作模式，手动操作指示灯亮起3手动右行按下"手动右行"按钮，小车开始向右行驶，报警画面显示"小车开始右行"，右行指示灯亮起4到达卸料位小车停止在卸料位，报警画面显示"小车开始卸料"，卸料位指示灯亮起5手动左行按下"手动左行"按钮，小车开始向左行驶，报警画面显示"小车开始左行"，左行指示灯亮起手动模式特点人工控制操作人员通过按钮直接控制小车的运行单步执行每个动作需要人工触发，适合调试和维护安全可靠便于观察和干预，确保运行安全任务描述2任务描述/自动模式工作流程1初始状态小车在装料位，切换自动模式2启动运行按下启动按钮，开始自动循环3装料5秒装料时间IO域开始5秒计时4小车右行5秒到，小车开始向右行驶5卸料5秒到达卸料位，开始5秒卸料6小车左行5秒到，小车开始向左行驶停止功能按下停止按钮，小车立即停止左右行和装卸料动作，系统进入待机状态初始化功能按下初始化按钮，小车回到初始位置装料位，所有计时器和状态复位循环运行：自动模式下，小车会按照装料→右行→卸料→左行的顺序循环往复运行，直到按下停止按钮PART

03知识储备知识储备1知识储备/简易触摸屏动画制作概述学习目标通过图形输入输出组态制作一个简易触摸屏动画，实现直线移动效果。通过这个组态过程，使大家更加熟悉触摸屏工具箱的使用方法。主要操作步骤1创建新项目，添加PLC和触摸屏设备2添加新画面，设置文本域属性3使用基本对象绘制模拟小车4创建HMI变量，设置动画效果5使用变量仿真器测试动画效果动画效果预览知识储备2知识储备/项目创建与设备配置创建新项目启动TIAPortal软件，创建一个新项目项目名称：简易触摸屏动画制作添加PLC设备设备类型：S7-1200CPU型号：CPU1214CDC/DC/DC订货号：6ES7214-1AG40-0XB0添加触摸屏设备设备类型：KTP700Basic订货号：6AV2123-2GB03-0AX0网络连接配置PLC、触摸屏属性设置、创建网络连接的过程与1.2.1内容相同确保PLC和触摸屏在同一网络段项目树结构项目名称PLC_1[CPU1214C]HMI_1[KTP700Basic]画面HMI变量知识储备3知识储备/画面设计与文本设置添加新画面1.单击左侧项目树，选择HMI_1→画面2.右键选择"添加新画面"3.将画面1重命名为"简易触摸屏动画制作"添加文本域1.单击工具箱中的"文本域"符号2.将文本域放置在画面顶部3.修改文本为"简易触摸屏动画制作"文本属性设置样式：修改字形和大小外观：修改背景、边框和文本颜色文本属性设置界面字体样式外观修改知识储备4知识储备/绘制模拟小车绘制水平线1.拖拽工具箱中的"线"到画面2.在画面下半部分画一条直线3.修改线的颜色和宽度绘制车轮1.拖拽"圆"到画面中2.修改大小和填充颜色3.复制粘贴调整位置绘制车身1.拖拽"矩形"到画面中2.调整大小和填充颜色3.组合成小车形状画线设置组合小车绘制知识储备5知识储备/HMI变量创建打开HMI默认变量表1.在项目树中选择HMI_12.展开HMI变量文件夹3.双击"默认变量表"创建变量变量1：X位置Int类型连接形式：内部变量作用：控制小车水平移动变量2：Y位置Int类型连接形式：内部变量作用：控制小车垂直移动HMI变量表提示：内部变量仅在HMI中使用，不与PLC通信知识储备6知识储备/水平移动动画设置添加水平移动动画1.返回到画面，选中组合小车2.单击"动画"→"移动"3.双击"添加新动画"4.选择"水平移动"设置动画参数过程变量：X位置连接HMI变量"X位置"移动范围：0-360变量值从0变化到360目标位置：300小车移动的最大距离组合小车水平移动动画说明：深色小车是初始位置，浅色小车是移动结束位置，箭头表示移动方向知识储备7知识储备/IO域组态与外观动画添加IO域1.拖拽IO域到画面中2.选中IO域，打开属性面板3.在"常规"中将变量选为"X位置"4.类型模式设置为"输出"外观动画设置添加外观动画在显示中添加新动画，选择"外观"设置外观变量外观变量选择"X位置"分段取值范围三段取值范围，中间范围为闪烁效果X位置IO域常规属性IO域外观动画知识储备8知识储备/直接移动与可见性动画直接移动动画直接移动是指对象沿着X和Y坐标轴移动特性位置的动画。•起始位置取决于对象当前位置•偏移量用X位置和Y位置变量控制•可以同时控制水平和垂直移动可见性动画设置对象的可见性，根据变量值控制对象的显示和隐藏。•设置变量为X位置•范围0-300之间矩形可见•超出300位置矩形消失矩形框直接移动动画设置矩形框可见性动画设置知识储备9知识储备/在线仿真测试启动变量仿真器1.单击项目树中的HMI_12.执行菜单中的在线→仿真→使用变量仿真器3.启动变量仿真器配置仿真参数X位置变量模拟：增量变换范围：0-360Y位置变量模拟：增量变换范围：0-150启动仿真勾选"开始"复选框启动在线仿真器简易触摸屏动画效果仿真PART

04任务实施任务实施1任务实施

/流程概述1创建PLC变量数据块DataBlockCreation创建输入地址、输出地址、中间变量三个数据块，定义系统所需的所有变量2编写PLC程序PLCProgramming编写Main[OB1]、小车移动程序[FC1]、装卸料程序[FC2]，实现控制逻辑3触摸屏画面组态HMIConfiguration组态开机画面和控制画面，包括按钮、指示灯、棒图、报警等4下载调试Download&Debug将程序下载到PLC和触摸屏，进行仿真测试和调试说明•PLC的硬件组态和IP地址设置与前述内容相同•组态触摸屏、属性设置、网络连接过程与前节相同•本节重点讲解数据块、函数块和画面组态的新内容任务实施2任务实施/数据块基本概念什么是数据块数据块（DB）用于存储程序数据，包含由用户程序使用的变量数据。用户程序包括数据块（DB）和程序块，其中程序块有三种类型：组织块（OB）、函数（FC）和函数块（FB）。全局数据块定义全局数据块存储所有其他块都可以使用的数据特点用户可以自定义全局数据块的结构，也可以选择使用PLC数据类型（UDT）作为创建全局数据块的模板访问每个组织块、函数或函数块都可以从全局数据块中读取数据或向其写入数据数据块与位存储区的区别数据块•可设置为优化访问，通过符号访问，不需要绝对地址•由用户自定义创建•可创建基于系统数据类型和PLC数据类型的数据位存储区•一定会分配绝对地址•已经在CPU中定义好•不可创建基于系统数据类型和PLC数据类型的数据任务实施3任务实施/创建数据块创建步骤1.在"项目树"窗格中，依次单击PLC_1[CPU1214CDC/DC/DC]→"程序块"选项2.双击"添加新块"选项3.选择"数据块（DB）"选项4.输入数据块名称5.单击"确定"按钮需要创建的数据块1输入地址存储输入信号变量2输出地址存储输出信号变量3中间变量存储中间状态变量数据块的创建注意：数据块的类型为全局DB，可被所有程序块访问任务实施4任务实施/数据块变量编辑进入工作区双击创建的数据块，进入数据块的工作区，可以对数据块变量进行编辑。变量编辑要素名称变量的符号名称数据类型Bool、Int、Real、Word等初始值变量的初始数值注释变量的功能说明数据块变量编辑方法提示：良好的注释习惯有助于程序的维护和调试任务实施5任务实施/数据块访问模式设置访问模式1.在数据块的"属性"选项卡中2.依次选择"常规"→"属性"选项3.设置数据块的访问模式优化访问模式特点激活"优化的块访问"复选框存储方式仅为数据元素分配符号名称，不分配固定地址地址分配变量的存储地址由系统自动分配，无偏移地址标准访问模式特点取消"优化的块访问"复选框存储方式为数据元素分配符号名称和固定地址地址分配变量的存储地址在数据块中，每个变量的偏移地址均可见任务实施6任务实施/输入地址数据块数据块"输入地址"变量编辑启动按钮Bool类型停止按钮Bool类型手自动切换Bool类型任务实施7任务实施/输出地址数据块数据块"输出地址"变量编辑小车右行Bool类型小车左行Bool类型装料/卸料Bool类型任务实施7任务实施/中间变量数据块数据块"中间变量"变量编辑小车移动Int类型，范围1-100，控制小车位置装卸料液位Int类型，范围0-5，控制棒图显示报警变量Word类型，偏移量2，双字节报警变量占用两个字节，可设置16个报警位任务实施8任务实施/创建函数块创建步骤1.选择"项目树"→"PLC_1"→"程序块"2.单击"添加新块"3.选择"函数（FC）"4.输入函数块名称5.单击"确定"按钮需要创建的函数块FC1小车移动程序控制小车左右行FC2装卸料程序控制装料卸料计时创建函数块优势：函数块实现程序模块化，提高代码复用性和可维护性任务实施9任务实施/程序编写1手自动切换控制通过手自动切换按钮控制系统的操作模式，手动模式下由人工控制，自动模式下按程序自动运行2启停控制逻辑启动按钮触发自动运行，停止按钮立即停止所有动作，初始化按钮使小车回到初始位置3函数块调用调用小车移动程序FC1和装卸料程序FC2，实现模块化程序设计任务实施10任务实施/小车移动程序程序功能控制小车的左右行运动，根据手动按钮或自动程序的信号驱动小车移动。控制逻辑手动右行手动模式下，按下手动右行按钮，小车向右行驶手动左行手动模式下，按下手动左行按钮，小车向左行驶自动运行自动模式下，根据程序逻辑自动控制小车移动任务实施11任务实施/装卸料程序程序功能控制装料和卸料的时间，实现5秒计时功能，并驱动棒图显示液位变化。计时控制装料计时到达装料位，开始5秒装料计时，同时棒图显示液位上升卸料计时到达卸料位，开始5秒卸料计时，同时棒图显示液位下降时间到5秒时间到，触发下一步动作信号任务实施12任务实施/HMI变量表创建创建步骤1.在"项目树"窗格中，选择HMI_1[KTP700BasicPN]2.展开"HMI变量"选项3.双击"添加新变量表"选项4.在变量表中添加所需变量变量连接HMI变量在触摸屏中创建的变量PLC变量与PLC数据块中的变量连接连接形式选择HMI连接，自动关联PLC变量HMI变量表注意：HMI变量与PLC变量建立连接后，触摸屏可以读写PLC数据任务实施13任务实施/画面结构设计1开机画面StartupScreen•显示系统标题和图形•提供进入控制画面的按钮•作为系统的起始画面2控制画面ControlScreen•显示小车动画和状态•提供操作按钮和指示灯•显示报警信息和计时画面切换关系开机画面进入控制控制画面画面创建步骤1.将"根画面"重命名为"开机画面"2.双击"添加新画面"3.右键重命名为"控制画面"4.分别在两个画面中添加相应元素任务实施14任务实施/开机画面组态添加图形视图1.拖拽"图形视图"到画面2.属性→常规→从文件创建新图形3.选择计算机中的图片文件4.调整图形大小和位置添加文本域1.拖拽"文本域"到画面2.修改文本为"手自动切换小车装卸料模拟控制"3.选择"样式"修改字体4.调整到适当位置添加切换按钮1.拖拽"按钮"到画面2.修改标签文本为"进入控制画面"3.设置事件→单击→激活屏幕→控制画面开机画面图形视图开机画面文本域任务实施15任务实施/定义起始画面设置起始画面1.在左侧"项目树"中选中"HMI_1"2.展开"画面"文件夹3.选中"开机画面"4.单击右键，选择"定义为起始画面"起始画面作用系统启动触摸屏上电后首先显示的画面导航功能提供进入其他画面的入口品牌形象展示系统名称和Logo定义起始画面提示：起始画面设置后，触摸屏运行时首先显示该画面任务实施16任务实施/小车图形视图组态添加图形视图1.拖拽"图形视图"到控制画面2.属性→常规→从文件创建新图形3.选择小车图形文件4.添加到画面中水平移动动画起始位置X:48,Y:233目标位置X:620,Y:233过程变量中间变量_小车移动，范围1-100图形视图的组态小车移动动画任务实施17任务实施/棒图组态添加棒图1.拖拽"棒图"到画面中小车处2.选中棒图，打开属性面板3.设置过程变量和刻度范围常规设置•最大刻度值：5•最小刻度值：0•过程变量：中间变量_装卸料液位刻度设置为了更直观地模拟装卸料变化，将"显示刻度"取消勾选小车料位棒图组态棒图刻度设置任务实施18任务实施/棒图移动动画添加移动动画1.选中棒图，打开动画面板2.在"移动"中添加新动画3.选择"水平移动"动画参数Y位置保持不变X轴位置起始位置与目标位置的差与小车保持一致过程变量中间变量_小车移动，范围1-100棒图移动动画技巧：可将小车与棒图组合成一个GROUP，只需设置一次移动动画任务实施19任务实施/手自动切换按钮组态添加按钮1.拖拽"按钮"到工作区2.选中按钮，打开属性面板3.修改标签文本为"手自动切换"设置事件事件类型单击函数编辑位→取反位变量输入地址_手自动切换手自动切换按钮组态说明：取反位功能实现按钮的开关切换，按一次为ON，再按一次为OFF任务实施20任务实施/画面切换按钮组态添加按钮1.拖拽"按钮"到工作区2.修改按钮文本为"开机画面"3.设置按钮事件设置事件事件类型单击函数激活屏幕画面名称开机画面切换回开机画面按钮组态功能：点击该按钮可从控制画面返回到开机画面任务实施21任务实施/启停按钮组态启动按钮•按下：置位输入地址_启动•释放：复位输入地址_启动停止按钮•按下：置位输入地址_停止•释放：复位输入地址_停止初始化按钮•按下：置位输入地址_初始化•释放：复位输入地址_初始化手动右行按钮•按下：置位输入地址_手动右行•释放：复位输入地址_手动右行手动左行按钮•按下：置位输入地址_手动左行•释放：复位输入地址_手动左行按钮事件设置•按下事件：置位位•释放事件：复位位•连接对应输入变量任务实施22任务实施/指示灯组态添加指示灯1.拖拽"圆"到工作区2.拖拽"文本域"标注功能3.修改文本内容（左行、右行等）外观动画设置添加动画动画→显示→添加新动画→外观选择变量选择对应的状态变量设置范围变量为0和1时显示不同颜色装料位指示灯组态左行右行装料位卸料位手动自动任务实施23任务实施/时间IO域组态添加文本域1.拖拽"文本域"到工作区2.修改文本为"装料时间"或"卸料时间"添加IO域1.拖拽"I/O域"到工作区2.属性→常规→过程3.选择对应的计时变量IO域属性•类型模式：输出•显示格式：十进制•小数位数：0添加IO域并设置属性功能：IO域实时显示装料和卸料的计时数值任务实施24任务实施/离散量报警组态创建报警1.在项目树中选中"HMI_1"2.展开"HMI报警"文件夹3.双击打开报警编辑器4.新建四个报警类型报警类型1小车开始装料2小车开始右行3小车开始卸料4小车开始左行报警变量设置报警变量中间变量_报警变量（Word类型）偏移量偏移量为2，占用两个字节触发位小车装料触发位为0（第0位）HMI离散量报警任务实施25任务实施/报警视图组态添加报警视图1.拖拽"报警视图"到工作区2.调整视图大小和位置3.设置列显示属性列设置报警编号显示报警的唯一编号报警文本显示报警的详细描述报警时间显示报警触发的时间报警视图组态完成：至此触摸屏画面制作完成，可以下载到触摸屏和PLC中进行测试任务实施26任务实施/手动模式仿真测试仿真准备1.将PLC程序下载到PLCSIM2.打开WinCC触摸屏仿真3.进入开机画面4.单击"进入控制画面"按钮测试步骤•切换手自动按钮为手动•按下手动右行，观察小车移动•按下手动左行，观察小车移动•观察报警信息和指示灯装料位置手动右行任务实施26任务实施/手动模式仿真测试（续）卸料位置小车到达卸料位，报警显示"小车开始卸料"手动左行按下手动左行，小车向左行驶，报警显示"小车开始左行"任务实施27任务实施/自动模式仿真测试自动模式特点•切换为自动操作模式•按下启动按钮自动运行•装料→右行→卸料→左行循环•按下停止按钮立即停止自动运行流程1.按下启动按钮2.装料5秒，棒图显示液位3.小车右行到卸料位4.卸料5秒，棒图显示液位5.小车左行到装料位6.循环往复自动装料自动右行任务实施27任务实施/自动模式仿真测试(续）自动卸料到达卸料位，卸料时间IO域开始5秒计时，棒图显示卸料动态自动左行5秒时间到，小车开始左行，报警显示"小车开始左行"任务实施28任务实施/系统初始化测试停止功能功能按下停止按钮，小车立即停止左右行和装卸料应用紧急情况下立即停止系统运行初始化功能功能按下初始化，小车回到初始位置装料位应用系统复位，准备下一次运行系统初始化完成：仿真测试完成，系统运行正常PART

05拓展练习四层电梯控制系统设计拓展练习1拓展练习/电梯控制系统设计任务任务背景电梯的运行是一个复杂的过程，为了实现安全、方便、舒适、高效和自动化运行，除了需要良好的拖动系统之外，还必须要有一套完整、可靠的控制系统。控制信号输入信号运行控制、内指令、外召唤、安全保护、开关门及限位或平层信号输出信号楼层显示、呼梯及选层指示、方向指示、开关门控制电梯设备各部件示意图拓展练习2拓展练习/电梯控制要求1初始化与外呼梯初始化时，电梯处于第一层。当有外呼梯信