《可编程控制器应用技术》电子教案 项目七 任务一 用组态王模拟液体混合装置

项目七PLC的组态项目导读组态是“配置”“设置”等，指用户通过“搭积木”的方式完成软件功能，而不需要编写计算机程序。组态也叫“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。在PLC控制系统中，常用组态软件完成控制系统或自动化设备的监视、控制和管理。组态王作为第一个国产工业组态软件，可方便地实现与S7-1200PLC之间的连接和通信。本项目将介绍组态王软件的使用方法，并带领读者学习PLC处理模拟量的方法和变频器的使用方法。课时6学时授课班级授课类型理论、一体化教学目标知识目标了解组态王的特点；了解PLC处理模拟量的方法；技能目标能够熟练掌握组态王的操作；能够用组态王模拟简单的PLC控制系统；职业目标通过了解国产组态软件，增强学生的民族认同感和自信心；通过PLC的组态设计，理解并敬重工匠精神，在学习中努力发扬工匠精神。重点组态王模拟PLC控制的步骤、PLC处理模拟量的方法难点PLC处理模拟量的方法教学方法问答法、案例法、示范法、讲授法教学用具多媒体、计算机、PLC、导线若干教学设计任务一用组态王模拟液体混合装置（2学时）：第1、2学时：课前导读—新课导入（5min）—传授新知（15min）—任务实施（20min）—分组练习（40min）—总结（5min）—作业布置（5min）任务二设计恒压供水系统（2学时）：第3、4学时：课前导读—新课导入（5min）—传授新知（15min）—任务实施（20min）—分组练习（40min）—总结（5min）—作业布置（5min）项目总结实训（第5、6学时）：用组态王模拟自动门控制系统项目七PLC的组态一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务一用组态王模拟液体混合装置授课班级授课时数2课时授课地点授课形式一体化参考教材《可编程控制器应用技术》（二）教材分析随着“中国制造”到“中国智造”的转变，我国围绕重点制造领域的关键环节，开展了新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用，很多企业引入了自动化设备及自动化生产线。PLC作为自动化设备中重要的控制装置，其相关领域的人才缺口巨大，培养高级技能型人才迫在眉睫。本教材通过调研企业充分了解相关行业对本课程的知识和技能要求，做到了课政融合、项目导向，任务驱动、实训考核，强化技能、等方面，本书还紧跟时代步伐，融入“互联网+”，采用微课辅助教学。（三）教学环境与资源教师通过文旌课堂APP发布学习资料，学生借助文旌课堂APP的数字化学习资料进行课外学习；文旌课堂的活动、通知、讨论等模块为师生的交流互动提供了便利；文旌课堂的统计、作业、考试等模块保障了学生成绩的评定。（四）教学思想本课程坚持以价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的培养目标实现“三全育人”授课过程中注重发挥学生的主观能动性，培养学生专业技能的同时，培养学生的社会能力和方法能力，培养学生正确的世界观、人生观、价值观。一方面将技术知识和实践导向相融合，采用学与练结合的教学方法，以项目为主体，紧紧围绕以培养学生能力为重点，通过实践驱动教学，实现知识学习与技能训练目标。另一方面，将技术知识与课程思政价值引领相融合，将思政教育元素如盐浸水的贯穿到整个教学过程中。（五）教学目标坚持立德树人，把培育和践行新时代中国特色社会主义核心价值观融入细化到每节课的教学过程中，让学生感受到沉浸式的思政教育，润物细无声。确定本学时的知识、能力、思政育人目标。知识目标能力目标思政育人目标1.了解组态软件；2.掌握组态王软件组态步骤；1.能够运用组态王实现简单组态；2.能够独立完成用组态王模拟液体混合装置。1.具有踏实肯干、实事求是的态度，有创新精神。2.有精益求精、追求卓越的工匠精神。（六）教学重难点【重点】：1.组态王组态步骤；2.组态王模拟液体混合装置的外部接线、梯形图程序。【难点】：组态王模拟液体混合装置的外部接线、梯形图程序、调试（七）教学方法与工具采用线上线下混合式教学法。启发式线上布置学习任务、引导学生自主学习。导入法实物场景导入、激发学生学习兴趣。示范法示范讲解，便于学生掌握操作技能。二、教学流程时间分配表第1、2学时项目内容时间任务导入【教师】提出问题PLC控制主要应用在工业自动化生产，任何一项设计，都需要经过几十遍甚至上百遍的仿真模拟，确认安全后，才能落地实施，因此，搭建实物模拟仿真，是一项必不可少的环节，那么，有没有一种软件或者环境，能够实现PLC控制的模拟仿真？5min新课1.知识链接2.任务分析；示范操作；35min4.分组实操，讨论互动；40min4.展示小组完成情况；5.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展5min三、教学实施过程（一）课前预习教学环节教学内容双边活动设计意图教师学生课前教师利用文旌课堂APP发布预习任务，并上传任务资料。学生认领任务后，进行课前预习。上传PPT、视频、自我测验题等资料至教学平台，并发布话题讨论。登录文旌课堂APP观看视频、认领任务卡，自主学习进行话题讨论。让学生在课前去学习相关资料，找出重难点.（二）课中学习教学环节教学内容双边活动设计意图教师学生导入新课问题导入【教师】提出问题PLC控制主要应用在工业自动化生产，任何一项设计，都需要经过几十遍甚至上百遍的仿真模拟，确认安全后，才能落地实施，因此，搭建实物模拟仿真，是一项必不可少的环节，那么，有没有一种软件或者环境，能够实现PLC控制的模拟仿真？注意观察学生表情，判断学生的掌握情况认真听同学的回答学生课前已预习并且已完成课前任务，提问两个课前预习任务完成较好的学生讲授新课一、知识链接1.组态软件介绍组态软件（又称组态监控软件）是处在自动控制系统监控层的软件平台和开发环境，可以实现对自动化过程和装备的监控。它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化或表格化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送给相关人员，对信息进行必要的分析、处理和存储，发出控制指令等。因此，组态软件通常具有以下性能。（1）强大的界面显示组态功能。（2）良好的开放性。（3）丰富的功能模块。（4）强大的数据库。（5）先进的仿真功能。在S7-1200PLC中，常用的组态软件包括WinCC、MCGS和组态王。其中，组态王是我国自主开发的一款PLC组态软件，应用广泛。本任务将以组态王为例介绍组态软件的使用方法。2.组态王的开发入门本任务以常用的组态王6.6SP4版本为例介绍组态王的安装和使用方法，其他版本安装步骤和使用方法类似。步骤1访问组态王官网/download.php，在打开的下载页面中选择“组态王6.6SP4”选项，单击“点击下载”按钮，如图7-2所示。图7-2下载组态王6.6SP4步骤2下载后，打开“组态王6.6SP4”文件夹，双击“组态王6.60SP4.iso”安装文件，打开安装组态王界面，如图7-3所示。图7-3安装组态王界面步骤3依次单击“安装组态王程序”、“安装组态王驱动程序”、“安装加密锁驱动程序”和“安装软授权程序”，按照提示安装即可。安装完成后，在桌面上会出现图标。二、任务分析1.控制要求液体混合和搅拌是炼油、化工、制药等行业生产过程中不可或缺的工序之一，其装置通常由阀门、传感器和搅拌电机组成，如图7-1所示。请设计一个两种液体混合装置，并用组态王实现液位监控和过程仿真。图7-1液体混合装置设SB1和SB2分别为启动按钮和停止按钮，SL1、SL2、SL3分别为高、中、低液位传感器，YV1、YV2、YV3分别为液体A、液体B、混合液体阀门，YKM为搅拌电机。控制要求如下。（1）按下启动按钮SB1，液体混合装置开始工作，此时YV1、YV2关闭，YV3打开。（2）20s后，YV3关闭，YV1打开，液体A流入容器。（3）当液面到达SL2时，YV1关闭，YV2打开，液体B流入容器。（4）液面到达SL1时，YV2关闭，搅动电机YKM开始工作。（5）6s后YKM停止，YV3打开，混合液体流出。（6）当液面下降到SL3后再过3s，YV3关闭。（7）然后重复步骤1～步骤6，直至按下停止按钮SB2。2.任务分析（1）分析液体混合装置的工作过程。液位SL1～SL3通常由液位传感器来检测。当液面超过液位传感器所在高度时，传感器通电；当液面低于液位传感器所在高度时，传感器断电。若用常开开关QS1、QS2和QS3分别模拟SL1、SL2和SL3对应的液位传感器，则当液位低于液位传感器所在高度时，QS1～QS3的状态为“0”；当液面高于液位传感器所在高度时，QS1～QS3的状态为“1”。则液体混合装置的工作过程如下。=1\*GB3①按下SB1，YV3接通，并启动定时器T0（定时时长为20s）。=2\*GB3②T0定时结束后，YV3断开，YV1接通，液体A流入容器。=3\*GB3③若检测到QS2状态为由“0”变为“1”（上升沿），YV1断开，YV2接通，液体B流入容器。=4\*GB3④若检测到QS1的状态为由“0”变为“1”，YV2断开，YKM接通，启动定时器T1（定时时长为6s），开始搅拌。=5\*GB3⑤T1定时结束后，YKM断开，YV3接通，混合液体流出。=6\*GB3⑥，3s）。=7\*GB3⑦若T2定时结束且SB2的状态为“0”，液体混合装置，重复步骤①～⑦。=8\*GB3⑧T2定时结束且SB2的状态为“1”，液体混合装置停止工作。（2）根据液体混合装置的工作过程，填写I/O地址分配表。（3）根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成硬件接线。（4）根据液体混合装置的工作过程和I/O地址分配表，设计梯形图程序。液体混合装置的工作过程，按照顺序（6）用组态王软件设计监控界面，并与PLC连接，观察监控界面结果与程序执行结果是否一致。三、任务实施，示范操作1.I/O地址分配根据工作过程分析，液体混合装置的I/O地址分配表如表7-1所示。表7-1液体混合装置的I/O地址分配表输入输出元件I/O地址备注元件I/O地址备注SB1I0.0启动按钮YV1Q0.0液体A阀门SL1I0.1高液位传感器YV2Q0.1液体B阀门SL2I0.2中液位传感器YV3Q0.2混合液体阀门SL3I0.3低液位传感器YKMQ0.3搅拌电机SB2I0.4停止按钮2.硬件接线根据表7-1绘制PLC的硬件接线（见图7-4），并按照接线图完成接线。图7-4PLC的硬件接线图3.程序设计与调试根据液体混合装置的工作过程和I/O地址分配表，绘制PLC的顺序功能图（见图7-5），转换后的梯形图程序如图7-6所示（M10.0为首次扫描）。图7-5PLC的顺序功能图图7-6PLC的梯形图程序液体混合装置的程序设计与调试步骤如下。步骤1完成项目创建和组态设备选择，将项目命名为“项目七任务一”。步骤2设置PLC的变量。图7-7设置PLC的变量步骤3图7-6所示的。步骤4编译并下载程序。步骤54.组态界面设计a新建工程步骤1双击桌面图标，打开组态王软件，单击“新建”按钮，如图7-8所示。图7-8新建工程步骤2进入新建工程向导界面后，单击“下一步”按钮，如图7-9所示。在弹出的对话框中的编辑框内，输入工程所在路径（也可单击“浏览…”按钮选择工程所在路径），和图7-10所示。图7-9欢迎使用本向导界面图7-10选择工程所在路径步骤3单击“下一步”按钮，在“工程名称”编辑框中输入“液体混合装置”，然后单击“完成”按钮，如图7-11所示。图7-11输入工程名称步骤4创建完成，在弹出的“新建工程”对话框中，单击“是”按钮，将液体混合装置设置为当前工程，如图7-12所示。图7-12将新建工程设置为当前工程此时，在工程管理器界面可以看到该工程前会出现图标（见图7-13）。图7-13工程管理器界面b设置组态画面步骤1选择“工程名称”列中的“液体混合装置”（见图7-13），双击“液体混合装置”行，进入工程浏览器界面，如图7-14所示。图7-14液体混合装置组态工程浏览器步骤2双击“新建…”图标，打开“新画面”对话框，在“画面名称”编辑框中输入“主画面”，然后单击“确定”按钮，如图7-15所示。图7-15创建新画面步骤3选择“图库”菜单中的“打开图库”选项，在打开的图库中选择“反应器”，如图7-16所示。图7-16选择反应器步骤4双击选中的反应器后，在画面的适当位置单击，即可将反应器放置在画面中，如图7-17所示。图7-17添加反应器步骤5按照步骤4和步骤5的方法，添加搅拌器、阀门、管道、传感器和按钮，组态后的画面如图7-18所示。图7-18液体混合装置的组态画面步骤6选择“文件”菜单中的“全部存”选项，保存画面，然后关闭主画面。c．组态王与PLC建立通讯步骤1在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”，在右侧双击“新建…”图标，弹出“设备配置向导”对话框，如图7-19所示。图7-19设备配置向导步骤2”→“TCP”选项，然后单击“下一步”按钮，如图7-20所示。图7-20选择PLC的型号步骤3在逻辑名称编辑框中输入PLC的名称，然后单击“下一步”按钮，如图7-21所示。图7-21设置PLC的逻辑名称步骤4在串口列表框中选择“COM1”，然后单击“下一步”按钮，如图7-22所示。图7-22选择串口号步骤5在设备地址编辑框中输入地址，然后单击“下一步”按钮，如图7-23所示。图7-23设置设备地址步骤6在“尝试恢复间隔”和“最长恢复时间”编辑框中输入间隔时间和最长恢复时间，然后单击“下一步”按钮，如图7-24所示。图7-24设置通信参数步骤7核对设备信息，无误后单击“完成”按钮，如图7-25所示。图7-25检查设备信息设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“S71200”。d．在组态王中定义变量根据液体混合装置的硬件结构及监控系统的需要，在组态王的监控系统中，设置以下内部变量和外部变量。步骤1编辑区内双击“新建”图标，如图7-26所示。图7-26新建变量步骤2弹出“定义变量”对话框，在“变量名”编辑框中输入“启动按钮”，在“变量类型”列表框中选择“I/O离散”，在“连接设备”列表框中选择“S71200”，在“寄存器”编辑框中选择“I”，并在“I”后输入“0.0”，在“数据类型”列表框中选择“Bit”，并在“读写属性”中选中“读写”单选钮，然后单击“确定”按钮，如图7-27所示。图7-27定义启动按钮步骤3按照步骤2的方法，定义变量高液位传感器（I0.1）、中液位传感器（I0.2）、低液位传感器（I0.3）、停止按钮（I0.4）、液体A阀门（Q0.0）、液体B阀门（Q0.1）、混合液体阀门（Q0.2）和搅拌电机（Q0.3）。e．连接变量并调试步骤1双击“启动按钮”图标，弹出“按钮向导”对话框，如图7-28所示。单击“变量名（离散变量）”右侧的“？”按钮，在弹出的“选择变量名”对话框中选择“启动按钮”选项，然后单击“确定”按钮，如图7-29所示。返回“按钮向导”对话框，在“按钮文本”编辑框中输入“OPEN”，在“动作”选项区中，选中“置位”单选钮，并勾选“按下时”复选框，然后单击“确定”按钮。图7-28打开“按钮向导”对话框图7-29选择变量名步骤2按照步骤1的方法，设置停止按钮、高液位传感器、中液位传感器和低液位传感器。完成设置后，选择文件菜单中的“切换到view”选项，按下启动按钮，观察液体混合装置是否符合控制要求。四、分组实操，互动讨论分组实操，互动讨论，学生实现触摸屏控制电动机转动。五、小组展示，成绩评定哪一组是今天的学习之星呢？六、教师总结七、作业布置1.完成文旌课堂APP自我检测；2.预习下节课内容。【教师】展开讲解组态软件的性能特点，并举例介绍。【教师】示范操作，强调注意事项【教师】向学生介绍任务，与学生互动控制要求【教师】提问两位学生，分别总结控制过程，说出任务实施的步骤【教师】与学生互动，IO地址分配【教师】提问学生B进行硬件接线【教师】与学生互动，绘制顺序功能图，并把顺序功能图转化为梯形图，并示范操作【教师】TIA博途软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】组态王软件示范操作，强调注意事项【教师】巡回指导【教师】根据学生完成情况，评出学习之星。【学生】认真听讲【学生】认真听讲，跟随教师练习【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲，跟随教师练习【学生】做好回答【学生】认真听讲