工控网络与组态技术 课件 项目二 任务3 水塔水位控制

项目二任务3水塔水位控制工控网络与组态技术任务内容01学习目的02任务描述03知识储备04任务实施05拓展练习06任务总结与评价学习目的PART

01学习目的1掌握触摸屏功能键的组态学习KTP700Basic功能键的配置和使用方法2掌握西门子PLC的传送类指令理解MOVE等传送指令的应用场景3掌握HMI的棒图组态方法学习棒图的属性设置和动画配置4掌握报警功能组态学习离散量报警和模拟量报警的配置方法5能够根据故障排查PLC程序或屏画面故障培养故障诊断和排除能力任务描述PART

02任务描述控制要求①按下启动按钮，水泵Y启动；利用计数器指令模拟水箱内的水量，当水量高于等于10时，低液位传感器S4动作；当水量高于等于25时，高液位传感器S3动作②当水箱水位已满，且S3动作而水塔的低液位传感器S2未动作时，水塔水泵M启动，开始向水塔蓄水；利用计数器指令模拟水塔内的水量，直至水塔高液位传感器S1动作时，水塔水泵M和水箱水泵Y停止，蓄水结束③按下停止按钮暂停上水过程，按下复位按钮复位所有信号，重新按下启动按钮重复上述过程硬件配置CPU1214CDC/DC/DCHMIKTP700Basic编程计算机四口工业交换机水塔水位控制系统PART

03知识储备知识储备KnowledgePreparation-棒图组态棒图的作用棒图用类似于棒式温度计的方式形象地显示数值的大小，例如可以用来模拟显示水池液位的变化。创建棒图步骤①在PLC的默认变量表中创建Int型变量"液位"②生成和打开名为"棒图"的画面③将工具箱的"元素"窗格中的棒图对象拖拽到画面工作区④用鼠标调节棒图的位置和大小常规属性设置选中巡视窗口的"属性>属性>常规"：•设置棒图连接的Int型PLC变量为"液位"•最大刻度值：100•最小刻度值：-100（或0）“棒图”组态画面知识储备外观属性选中巡视窗口的"属性>属性>外观"：•修改前景色•设置颜色梯度•调整文本色•选择棒图整体的填充图案刻度属性选中巡视窗口的"属性>属性>刻度"：•显示刻度：设置是否显示刻度线•大刻度间距：两个大刻度线之间的间距•标记标签：指定进行标注的大刻度段个数•分区：大刻度间距的小刻度线分区数•自动缩放：自动确定上述参数标签属性设置是否显示标签，标签值的字符位数和小数点后的位数。用"单位"输入域输入单位后，该单位将在最大和最小刻度值的右边出现。棒图的属性组态图2-3-3/图2-3-4/图2-3-5/图2-3-6常规属性过程变量:液位最大刻度值:100最小刻度值:0外观属性前景色:蓝色颜色梯度:启用刻度属性显示刻度:✓大刻度间距:10布局属性棒图方向:向上刻度位置:左/上KnowledgePreparation-棒图组态知识储备KnowledgePreparation-棒图控制增量按钮组态在图2-3-2的中间，标有"+10"和"-10"的按钮用来增加和减少变量"液位"的值，增量的绝对值为10。+10按钮：单击时执行"增加变量"函数-10按钮：单击时执行"减少变量"函数按钮事件配置+10按钮-"单击"事件系统函数→计算脚本→增加变量变量:液位|增加值:10-10按钮-"单击"事件系统函数→计算脚本→减少变量变量:液位|减少值:10输出域与变量范围在按钮上方生成输出模式的I/O域，连接变量"液位"。打开HMI变量表，设置"液位"变量"属性>范围"：上限+80下限-80知识储备KnowledgePreparation-棒图仿真仿真步骤①单击工具栏的"开始仿真"按钮②先后启动S7-PLCSIM和WinCC的运行系统仿真③编译成功后，出现仿真面板，显示"棒图"画面测试操作单击画面中间的两个按钮，改变变量"液位"的值：•每按一次"+10"按钮，变量"液位"的值增加10•每按一次"-10"按钮，变量"液位"的值减少10•可以看到各棒图的反应超限提醒因为设置的变量"液位"的最大、最小值分别为80和-80，当变量值达到上限值80时，不会再增大。此时棒图中会出现一个黄色的指向上限方向的箭头，提醒操作人员变量超限。知识储备KnowledgePreparation-报警组态报警系统的作用报警系统用来在HMI设备上显示和记录运行状态和工厂中出现的故障。报警事件保存在报警记录中，通过报警消息可以迅速定位和清除故障，减少停机时间或避免停机。报警消息组成•编号-报警的唯一标识•日期、时间-报警发生的时间戳•报警文本-描述报警内容•状态-报警的当前状态•报警类别-报警的分类报警类型WinCC支持以下报警类型：用户定义离散量/模拟量系统定义系统事件报警系统架构报警类型分类用户定义的报警•离散量报警-二进制状态变化•模拟量报警-超出上下限•PLC控制器报警系统定义的报警•系统事件-HMI设备状态•系统控制器报警•S7诊断报警报警视图用于显示报警缓冲区或报警记录中的报警知识储备KnowledgePreparation-用户定义报警离散量报警离散量（又称开关量）对应于二进制数的1位，离散量的两种相反的状态可以用1位二进制数的0、1状态来表示。触发条件示例：•发电机断路器的接通和断开•各种故障信号的出现和消失模拟量报警模拟量的值（例如压力值、温度值）超出上限或下限时，将触发模拟量报警。报警文本示例：•"温度过高"-超过上限值•"温度过低"-低于下限值•"压力异常"-超出正常范围PLC控制器报警PLC产生的控制器报警，例如CPU的运行模式切换到"STOP"的报警。在STEP7中组态控制器报警，在WinCC中处理控制器报警。用户定义报警对比离散量报警数据类型:Bool触发:0→1或1→0示例：电机启动/停止、故障信号模拟量报警数据类型:Int/Real触发:超出上下限示例：温度、压力、液位超限知识储备KnowledgePreparation-系统定义报警系统事件系统事件属于HMI设备，并导入到项目中，用于监测HMI设备。•指示系统状态•提示HMI设备和系统之间的通信错误系统定义的控制器报警用于监视HMI设备和PLC，由S7诊断报警和系统故障组成。•向操作员提供HMI设备和PLC的操作状态•S7诊断报警显示S7控制器中的状态和事件•无需确认或报告，仅用于发出信号运行系统报警设置双击项目树中的"运行系统设置"，选中左边窗口的"报警"：可以指定系统报警在HMI设备上持续显示的时间。运行系统的报警设置图2-3-12运行系统设置>报警系统报警显示:启用显示持续时间:5秒报警类别:全部系统报警类型•HMI设备状态变化•通信连接中断•PLC连接故障知识储备KnowledgePreparation-报警状态报警状态类型离散量报警和模拟量报警有下列报警状态，HMI设备将会显示和记录各种状态的出现，也可以打印输出。到达(Incoming)满足了触发报警的条件时（例如水位太高），该报警的状态为"到达"，HMI设备将显示报警消息。确认(Acknowledged)操作员确认了报警后，该报警的状态为"(到达)确认"。确认表明操作员已经知道触发报警的事件。离开(Outgoing)当触发报警的条件消失（例如水位恢复到正常值），不再满足该条件时，该报警的状态为"(到达)离开"。报警状态转换正常状态到达离开确认确认后的可能状态•(到达)确认•(到达离开)确认•(到达确认)离开知识储备KnowledgePreparation-报警类别HMI报警属性设置双击项目视图的"HMI_1"文件夹中的"HMI报警"，在"报警类别"选项卡可以创建和编辑报警类别。一共可以创建16个报警类别，随后可以将报警分配到报警编辑器中的某一报警类别。自动生成的报警类别下面是自动生成的最常用的4种报警类别：Errors事故或错误-必须确认Warnings警告-不需要确认System系统-通信故障等Diagnosis诊断事件-不需要确认报警类别特点Errors事故或错误•指示紧急或危险状态•必须确认•例如：设备故障、安全报警Warnings警告•指示不太紧急的状态•不需要确认•例如：参数偏离、维护提醒知识储备KnowledgePreparation-报警视图报警视图的作用WinCC提供在HMI设备上显示报警的报警视图，主要用于显示在报警缓冲区或报警记录中选择的报警或事件。报警视图特点•报警视图在画面中组态•可以组态具有不同内容的多个报警视图•根据组态，可以同时显示多个报警消息本任务应用本任务以具体实例组态离散量报警，实现水塔水位控制的工作过程。报警视图示例报警视图编号时间状态文本00110:25:33到达水箱高液位00210:26:15确认水塔低液位00310:28:42离开水塔高液位报警视图功能•显示报警缓冲区内容•支持报警确认操作•可按类别筛选显示PART

04任务实施创建PLC变量表定义任务所需的PLC变量编写OB1主程序实现水塔水位控制逻辑组态触摸屏设计HMI操作界面系统调试仿真测试与验证→→→04任务实施TaskImplementation-PLC变量表创建步骤①在"项目树"窗格中，依次单击"PLC_1[CPU1214CDC/DC/DC]"②单击"PLC变量"选项③双击"添加新变量表"选项④将新添加的变量表命名为"PLC变量表"⑤在"PLC变量表"中新建变量变量说明启动按钮、停止按钮、复位按钮:Bool类型，用于控制水泵Y、水泵M:Bool类型，控制两个水泵S1-S4:Bool类型，四个液位传感器水箱/水塔水位变化值:Int类型，模拟水位PLC变量表图2-3-13名称类型地址启动按钮BoolM10.0停止按钮BoolM10.1复位按钮BoolM10.2水箱水泵YBoolQ0.1水塔抽水泵MBoolQ0.2S1(水塔高)BoolM50.3S2(水塔低)BoolM50.2S3(水箱高)BoolM50.1S4(水箱低)BoolM50.0水箱水位变化值DwordMD100水塔水位变化值DwordMD10404任务实施TaskImplementation-PLC程序程序结构主程序OB1包含以下功能段：程序段1:启动/停止/复位控制逻辑程序段2:水箱水泵Y控制程序段3:水箱水位计数控制逻辑•按下启动按钮，水泵Y启动，水箱开始进水•水箱水位≥10时，S4动作；≥25时，S3动作•S3动作且S2未动作时，水泵M启动，水塔进水•S1动作时，水泵M和Y停止，蓄水结束04任务实施TaskImplementation-PLC程序程序结构主程序OB1包含以下功能段：程序段4:水塔水泵M控制程序段5:水塔水位计数程序段6:液位传感器状态04任务实施TaskImplementation-触摸屏组态组态触摸屏①选择KTP700Basic彩色屏②订货号：6AV2123-2GA03-OAXO③触摸屏属性设置与前节相同④创建网络连接的过程与前节相同画面组态内容图形视图水塔背景功能键F2-F4指示灯传感器状态棒图水位显示创建变量表在"项目树"窗格中，依次选择"HMI_1[KTP700Basic]"→"HMI变量"选项，双击"添加新变量表"选项，新建HMI变量并与PLC变量链接。触摸屏组态图2-3-15/图2-3-16HMI设备选择设备类型:KTP700Basic屏幕类型:彩色屏功能键:F1-F8画面元素图形视图功能键指示灯棒图04任务实施TaskImplementation-图形视图添加图形视图①双击"监控界面"进入画面编辑状态②在"工具箱"中找到"基本对象"→"图形视图"③将"图形视图"拖拽到画面工作区添加图形文件①在图形视图的"属性"→"常规"选项②单击"从文件创建新图形"选项③找到计算机上的图形文件④选中添加到画面中调整图形拖拽图形调整大小，使其能够适应屏幕大小，添加后的画面将显示水塔和水箱的背景图。图形视图的组态图2-3-17/图2-3-18/图2-3-19添加图形视图步骤1工具箱→基本对象→图形视图2拖拽到工作区3属性→从文件创建新图形4调整大小适应屏幕水塔水位系统背景图形04任务实施TaskImplementation-功能键功能键介绍KTP700Basic彩色屏自带8个功能键，分别是F1-F8。这里选取F2、F3、F4分别作为：F2启动按钮F3停止按钮F4复位按钮F2功能键组态步骤①选中F2功能键②"属性"→"常规"→"图形"，勾选掉"使用本地模板"③选择从"文件创建新图形"导入"启动按钮"的图形④"事件"→"键盘按下"→"取反位"→变量"启动按钮"F3、F4功能键用相同的方式将F3、F4功能键组态，分别关联"停止按钮"和"复位按钮"变量。功能键组态图2-3-20/图2-3-21/图2-3-22F2功能键配置图形:启动按钮事件:键盘按下函数:取反位变量:启动按钮F2启动F3停止F4复位04任务实施TaskImplementation-指示灯添加指示灯①在"工具箱"中找到"基本对象"→"圆"②将"圆"拖拽到工作区，调整大小③找到"基本对象"→"文本域"④将"文本域"拖拽到圆的下方⑤修改文本为"启动"、"停止"、"复位"等配置外观动画①选中"圆"，单击"属性"→"动画"→"显示"②双击"添加新动画"，选择"外观"③在变量中链接HMI变量（如"启动按钮"）④设置不同值对应的颜色液位传感器指示灯用相同的方式将液位传感器S1-S4指示灯放置在工作区，分别链接对应的HMI变量，进行外观设置。组态指示灯图2-3-23/图2-3-24指示灯布局启动停止复位S104任务实施TaskImplementation-棒图添加棒图①为达到真实的视觉效果，使用棒图模拟演示水塔水位②选中右侧"工具箱"→"元素"→"棒图"③拖拽到水塔工作区常规设置①选中"棒图"→"属性"→"常规"→"过程"②"最大刻度值"设置为"25"③"最小刻度值"设置为"0"④"过程变量"设置为"水塔水位变化值"刻度设置选中"棒图"→"属性"→"刻度"，将"显示刻度"勾选掉，这样可以呈现出更加真实的水位效果。水箱棒图用相同的方式将水箱水位棒图组态完成，链接变量"水箱水位变化值"。棒图组态图2-3-25/图2-3-26/图2-3-27/图2-3-28棒图属性设置最大刻度值:25最小刻度值:0过程变量:水塔水位显示刻度:✗04任务实施TaskImplementation-系统调试调试步骤①将编写好的PLC程序下载到PLCSIM中②打开WinCC的触摸屏仿真画面③按下启动按钮，观察系统运行运行调试1按下启动按钮，水泵Y启动，水箱开始进水：•水箱水位开始上升•棒图实时显示水位变化•S4传感器在水位≥10时动作•S3传感器在水位≥25时动作运行调试2当水箱水位已满，且S3动作而S2未动作时，表明水塔缺水需要进水，水塔水泵M启动，开始向水塔蓄水。运行调试图2-3-29/图2-3-30水塔水位控制系统04任务实施TaskImplementation-系统调试运行调试3直至水塔高液位传感器S1动作时：•水塔水泵M停止•紧接着水箱水泵Y停止•蓄水结束运行调试4在运行过程中按下停止按钮：•所有运行全部暂停•再次按下启动按钮，继续执行运行调试5运行过程中，按下复位按钮：•所有状态恢复初始值•再次按下启动按钮，重复上述过程运行调试图2-3-31/图2-3-32/图2-3-33PART

05拓展练习05拓展练习ExtendedPractice练习背景在之前任务中我们已经练习了手动和自动两种控制方式，请同学们利用学习过的知识将水塔水位控制系统改进。控制要求①手动控制功能按下水箱进水按钮，水箱水泵动作开始进水；按下水塔进水按钮，水塔开始进水，有复位功能。②自动控制功能按下启动按钮，水箱开始进水，水位满之后水塔开始进水，水塔满之后停止进水，在这个过程中有停止、复位功能。③报警功能当水箱水位满之后有报警提示；当水塔水位满也有报警提示。④触摸屏画面触摸屏画面请自行设计。PLC变量表添加图2-3-34需要添加的变量拓展要点•手自动切换功能•报警功能组态•画面设计优化PART

06任务总结与评价06任务总结TaskSummary1