《PLC技术及应用（三菱）》课件 课题五　PLC控制系统与人机界面的设计与调试

课题五PLC

控制系统与人机界面的设计与调试351任务1生产线供料单元PLC

控制系统与人机界面的设计与调试任务2三级传送带PLC控制系统与人机界面的设计与调试任务3物料分拣包装PLC

控制系统与人机界面的设计与调试目录352任务1生产线供料单元PLC

控制系统与人机界面的设计与调试3531．了解人机界面的基本功能。2．了解触摸屏的基本结构。3．熟悉GS系列触摸屏。4．了解不同种类触摸屏的工作原理和优缺点。5．能运用GTWorks3对触摸屏进行组态设计。6．能根据控制要求完成人机界面组态画面下载及与PLC的数据通信。7．能根据控制要求使用人机界面和PLC实现生产线供料单元控制系统的设计与调试。学习目标354任务描述生产线供料单元控制系统由供料装置和传送带组成，供料装置由料筒、送料气缸和传感器组成，传送带由直流电动机、传动机构、光纤传感器组成，系统示意图如下图所示。使用三菱FX3U

系列PLC和GS系列触摸屏实现此系统的控制，完成PLC软硬件设计、触摸屏画面设计以及联机调试。355356生产线供料单元控制系统示意图具体控制要求如下：1．按下启动按钮SB1或触摸屏画面中的启动按钮，传送带电动机正转启动，若料筒传感器检测料筒有料、传送带传感器检测传送带上无料，则延时3s后送料气缸伸出送料，延时2s后缩回。2．工件离开传送带传感器后，延时3s后再次自动送料，循环工作。3．按下停止按钮SB2或触摸屏画面中的停止按钮，系统立即停止工作。4．用触摸屏实现对控制系统的监视。357知识平台358一、人机界面基本功能1．监视和控制人机界面允许用户通过图形化的方式与机器进行交互，提供直观的操作界面，使用户能够方便地监视和控制系统的生产过程。2．提供‌实时数据和报警信息人机界面能够提供实时数据和报警信息，帮助用户及时发现和解决系统出现的问题，提高生产效率和安全性。3．提供‌可定制的界面人机界面提供可定制的界面，用户可以根据自己的需求和习惯对系统进行个性化设置、修改系统运行参数，以提高操作效率和便捷性。4．支持多种通信协议人机界面支持多种通信协议，可以与其他设备进行数据交换和集成，实现更加智能化的控制和管理。359二、触摸屏基本结构触摸屏主要由硬件和软件两部分组成。1．硬件结构触摸屏硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通信接口和存储单元，如图所示。其中，处理器的性能决定了触摸屏产品的性能，是其核心单元，目前市面上触摸屏处理器主要为16位、32位和64位处理器。360触摸屏硬件组成结构图2．软件结构触摸屏软件主要由运行于触摸屏硬件中的系统软件和运行于计算机中的画面组态软件两部分组成。实际应用过程中，用户必须先使用画面组态软件制作工程文件，再通过计算机和触摸屏产品的通信，把制作好的工程文件下载到触摸屏的处理器中运行。361三、GS系列触摸屏三菱公司推出的触摸屏主要有三大系列：GS系列、GOT2000系列和GOT1000系列。其中，GS系列触摸屏是一款比较流行的触摸屏，如图所示，具备数值输入和显示、图形绘制、仪表显示、注释和报警等功能，采用三菱GTWorks3人机界面编程软件可完成各种触摸屏画面的制作。362三菱GS系列触摸屏四、触摸屏工作原理触摸屏工作时，用户先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据触碰图形符号或文字的位置来选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前端，用于检测用户的触摸位置，并将触摸信息送往触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸检测部件接收触摸信息，并将它转换成触点坐标再传送给CPU，它也能接收CPU发来的命令并加以执行。3633641．电阻式触摸屏电阻式触摸屏是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的，触摸屏是一种多层的复合薄膜，包含上下叠合的两个透明层，结构组成如图所示。当触摸屏表面受到的压力足够大时，顶层与底层会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压，将电压送往触摸屏控制器，控制器检测到信号并计算出触点的坐标。电阻式触摸屏基本结构电阻式触摸屏的优点：精确度高；屏幕不受灰尘、水汽和油污的影响，适合在工业控制领域使用；性价比和灵敏度较高；可以用任何物体来触摸，即便是戴着手套也可以操作，并可以进行手写识别。电阻式触摸屏的缺点：虽然能够设计成多点触控，但当两点同时受压时，容易出现触控误差，因而多点触控的实现较难；较易划伤，导致屏幕触控部分受损。3652．电容式触摸屏电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄玻璃保护层，夹层ITO涂层为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO涂层为屏蔽层，以保证良好的工作环境，基本结构如图所示。366电容式触摸屏基本结构当手指触摸电容式触摸屏时，由于人体电场的存在，手指和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流而言，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极流出，并且流经这四个电极的电流大小与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。367电容式触摸屏的优点：只需要触摸而不需要压力来产生信号，使用寿命相对较长；光损失和系统能耗优于电阻式触摸屏；可以支持多点触控技术。电容式触摸屏的缺点：易受环境影响，当使用环境的温度、湿度或电场发生改变时，容易产生漂移现象；精确度不高，在小屏幕上很难实现复杂的手写输入；相比于其他类型触摸屏成本较高；戴手套的手指或不导电的物体触碰时没有反应。3683．红外线式触摸屏红外线式触摸屏的外框上装有红外线发射与接收元件，可以在屏幕表面形成红外线探测网，基本结构如下图所示。任何触控操作的物体都可以改变该触点上的横竖（X、Y

轴）两条红外线，进而获得触控的坐标位置而实现操作的响应。369红外线式触摸屏基本结构4．表面声波式触摸屏表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。表面声波式触摸屏的基本结构如图所示。370表面声波式触摸屏基本结构其中，表面声波是一种高频声波，能跨越屏幕表面，任何触控操作的物体触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波式触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响；屏幕分辨率、透光率很高，能保持极高的图像质量；有极好的防刮性，即使触摸屏面板被划伤，面板也能保持对触摸的敏感性，稳定性高，使用寿命长。371五、GTWorks3触摸屏组态设计软件GTWorks3是三菱新一代集成化人机界面组态设计软件，具有读写全系列GOT工程数据、创建人机界面工程、仿真调试、监视PLC等功能，适用于GS、GOT1000、GOT2000系列触摸屏，支持用计算机代替触摸屏运行可视化监视系统。GTWorks3集成了GTDesigner3人机界面编程软件和GTSimulator3人机界面仿真软件。3721．触摸屏画面的创建方法（1）双击桌面上的“GTDesigner3”图标，即可启动GTDesigner3人机界面编程软件。在启动窗口中弹出“工程选择”对话框，如图所示。373“工程选择”对话框（2）单击“新建”按钮，弹出“新建工程向导”对话框，如图所示。374“新建工程向导”对话框（3）单击“下一步”按钮，进行GOT系统设置，本项目以型号“GS2107-WTBD”、设置方向“横向”为例进行选择，如图所示，所选的GOT类型一定要与硬件型号一致。375GOT系统设置（4）单击“下一步”按钮，进行GOT系统设置的确认，如图所示。376GOT系统设置的确认（5）单击“下一步”按钮，选择GOT的连接机器，设置与GOT连接的PLC类型，本项目以“MELSEC-FX”为例进行选择，如图所示。377连接机器设置（6）单击“下一步”按钮，选择MELSEC-FX的连接I/F，设置GOT与PLC的通信方式，本项目以“标准I/F（RS232）”为例进行选择，如图所示。378选择MELSEC-FX的连接I/F（7）单击“下一步”按钮，选择MELSEC-FX的通讯驱动程序，本项目以“MELSEC-FX”为例进行选择，如图所示。379选择MELSEC-FX的通讯驱动程序（8）单击“下一步”按钮，确认连接机器设置，如图所示，确认无误后，单击“追加”按钮可以设置其他连接机器。380确认连接机器设置（9）单击“下一步”按钮，进行画面切换软元件的设置，本项目以数据寄存器“D100”为例进行设置，如图所示。381画面切换软元件设置（10）单击“下一步”按钮，进行画面设计，设置画面背景颜色，本项目以“现代蓝”为例进行设置，如图所示。382画面设计（11）单击“下一步”按钮，进行系统环境设置的确认，如图所示。383系统环境设置的确认（12）系统环境设置确认无误后，单击“结束”按钮，出现GTDesigner3组态设计界面，主界面由菜单栏、工具栏、应用窗口、工作区、属性栏、基本画面等部分组成，如图所示。384GTDesigner3组态设计界面2．常用对象的功能及使用方法GTDesigner3人机界面编程软件具有丰富的图库资源，用户可以直接通过图形工具栏、对象工具栏或“图形”“对象”菜单栏调用图库中的图形进行画面组态设计。（1）文本输入。单击对象工具栏中的“文本”按钮

，再单击画面编辑区，弹出“文本”对话框，如图所示。385386“文本”对话框输入文字“供料单元控制系统”，选择文本字体、尺寸、颜色和方向等，单击“确定”按钮即可完成设置，把文本移动到适当的位置，如图所示。387文本设计界面（2）位开关的设置。单击对象工具栏中的“位开关”按钮

，调用图库中的图形作为启动按钮和停止按钮，设计界面如图所示。388按钮设计界面双击启动按钮图形，弹出“位开关”对话框，如图所示，选择软元件“M0”作为启动信号，动作设置选择“点动”，单击“确定”按钮完成设置，使用同样的方法设置停止按钮即可。389“位开关”对话框（3）位指示灯的设置。单击对象工具栏中的“位指示灯”按钮

，调用图库中的图形作为指示灯，设计界面如图所示。390位指示灯设计界面双击送料气缸指示灯图形，弹出“位指示灯”对话框，如图所示，软元件选择“Y0000”，按要求设置好图形颜色后，单击“确定”按钮完成设置。按同样方法完成传送带电动机（Y0001）的位指示灯的设置。391“位指示灯”对话框3．触摸屏画面下载（1）通讯设置。单击菜单栏中的“通讯”→“写入到GOT”选项，弹出“通讯设置”对话框，如图所示。选择GOT与PC的连接方式（USB或以太网），单击“通迅测试”按钮，通迅成功即可上传或下载GOT画面。392“通迅设置”对话框（2）画面下载。单击“确定”按钮后，弹出“与GOT的通迅”对话框，如图所示。单击“GOT写入”选项卡，可以对计算机侧和GOT侧相关数据进行设置，设置完成后单击“GOT写入”按钮，即可完成触摸屏画面下载。393“与GOT的通迅”对话框任务2三级传送带PLC

控制系统与人机界面的设计与调试3941．掌握人机界面初始画面和控制画面的绘制技巧。2．掌握人机界面与PLC的通信设置方法。3．能运用GTWorks3绘制三级传送带PLC控制系统初始画面和控制画面。4．能根据控制要求完成人机界面与PLC的通信设置。5．能根据控制要求使用人机界面和PLC实现三级传送带控制系统的设计与调试。学习目标395任务描述396在现代工业生产中，高效、精准的物流输送系统是确保生产流程顺畅进行的重要前提。多级传送带控制作为其中的核心技术之一，广泛应用于各个行业。它由多个独立的传送带组成，通过协同工作，实现物料的连续输送，这种输送方式不仅提高了生产效率，还降低了人力成本，为企业带来了巨大的经济效益。三级传送带控制系统由供料装置和三级传送带组成，供料装置由物料漏斗和电磁阀组成，三级传送带由驱动装置、传送带、张紧装置、托辊等组成，驱动电动机为三相交流异步电动机，系统示意图如图所示。397三级传送带控制系统示意图在多级传送带控制系统中，各个传送带之间的协调配合至关重要。为确保传送带上没有物料残留时才有新的物料下落，传送带需要逆序启动，否则物料可能会溢出。设备停止时，则按照相反的顺序停止，先关闭物料电磁阀YV，最后关闭三级传送带电动机M3，目的是使传送带上没有物料堆积。使用三菱FX3U

系列PLC和GS系列触摸屏实现此控制功能，完成PLC软硬件设计、触摸屏画面设计以及联机调试。398具体控制要求如下：1．按下启动按钮SB1或触摸屏启动按钮，三级传送带电动机M3启动，延时5s后二级传送带电动机M2启动，延时5s后一级传送带电动机M1启动。2．三级传送带电动机全部启动后延时5s，电磁阀YV得电3s，物料漏斗向一级传送带供料。3．延时5s后，电磁阀YV再次得电3s，循环工作。3994．按下停止按钮SB2或触摸屏停止按钮，电磁阀YV断电，延时5s后一级传送带电动机M1停止，延时5s后二级传送带电动机M2停止，延时5s后三级传送带电动机M3停止。5．电路具有短路、过载、欠压、失压保护功能，当发生过载报警时，系统立刻停止工作。6．用触摸屏实现对系统的监视和三级传送带电动机过载报警显示，具备初始画面和控制画面。400一、人机界面初始画面的绘制人机界面初始画面是指触摸屏启动应用程序时弹出的第一个界面。一个精心设计的初始画面能够给用户留下深刻的印象，初始画面的设计要与系统内容相符，要营造出良好的视觉效果。要利用文字说明系统的基本信息，显示系统的实时时间，并能够通过按钮进入控制画面。知识平台4011．日期/时间显示单击对象工具栏中的“时间显示”按钮

，再单击画面编辑区，弹出个人计算机当前时钟图形，双击时钟图形，弹出“时间显示”对话框，如图所示。402“时间显示”对话框在对话框中根据任务要求设置日期和时间种类、格式、字体等，单击“确定”按钮完成设置，把日期/时间显示图形移动到适当的位置，如图所示。403日期/时间设计界面2．新建画面双击画面工具栏中的“新建”按钮

，弹出“画面的属性”对话框，如图所示，在对话框中可以设置画面编号、标题等，单击“确定”按钮完成新建画面。404“画面的属性”对话框3．画面切换单击对象工具栏中的“画面切换开关”按钮

，再单击画面编辑区，显示画面切换开关图形，双击开关图形，弹出“画面切换开关”对话框，如下图所示，在对话框中可以设置画面种类、编号等，单击“确定”按钮完成设置，把开关图形移动到适当的位置。405406“画面切换开关”对话框二、人机界面控制画面的绘制人机界面控制画面是用户对机器或系统进行监视与操作的界面，是用户与机器或系统之间进行交互和信息交换的媒介，旨在简化复杂的操作，提高生产效率和安全性。可使用人机界面的图形来表示设备的指示灯、按钮、开关和其他输入/输出设备，当设备出现异常情况时，人机界面可以及时报警，并且对报警信息进行诊断。4071．新建注释组单击菜单栏中的“公共设置”→“注释”→“新建注释组”选项，新建注释组，组号设置为1，单击“确定”按钮，弹出“注释一览表”对话框，单击对话框工具栏中的“新建”按钮

，在备注中输入报警信息，在对话框中设置文本相关参数，如图所示。408“注释一览表”对话框2．报警显示单击对象工具栏中的“报警显示”按钮

，再单击画面编辑区，出现报警显示（用户）图形，双击该图形，弹出“报警显示（用户）”对话框，在对话框中可以对显示项目、文本、样式等进行设置，如下图所示。409410“报警显示（用户）”对话框单击“报警ID”下的“编辑”按钮，弹出“用户报警监视”对话框，在“基本”选项卡中将记录收集方式设置为记录模式，在“软元件”选项卡中将报警点数设置为3，软元件设置为X002～X004，软元件得电则显示对应的报警注释内容，如下图所示。411412“用户报警监视”对话框在“报警显示（用户）”对话框中设置报警ID为固定值1，显示行数为10，显示项目为发生时间、注释、恢复时间和确认时间，文本和样式根据任务要求进行设置，单击“确定”按钮完成设置，报警显示界面如下图所示。413报警显示界面三、人机界面与PLC的通信设置人机界面与PLC之间的数据通信是确保整个自动化系统稳定运行的基础。通过通信设置，可以实现人机界面与PLC之间的数据实时共享，用户可以轻松地获取生产线的各项数据指标，如产量、效率、能耗、报警信息等。这不仅可以实时监视生产线的运行状态，还能进行故障诊断和远程操作，大大提高了工作效率和准确性。4141．I/F连接设置单击菜单栏中的“公共设置”→“I/F连接一览表”选项，弹出“I/F连接一览表”对话框，如图所示。415“I/F连接一览表”对话框GS系列触摸屏共有四种标准接口，具体功能见下表。416GS系列触摸屏通信接口功能表各接口通信驱动程序可通过通道号进行选择，各通道号的说明见下表。417GS系列触摸屏通道号说明表2．连接机器设置单击菜单栏中的“公共设置”→“连接机器设置”选项，弹出“连接机器设置”对话框，如图所示，单击“CH1:MELSEC-FX”选项，设置制造商为“三菱电机”，机种为“MELSEC-FX”，I/F为“标准I/F（RS232）”，可根据任务要求设置通信速率、重试次数等参数。418419“连接机器设置”对话框任务3物料分拣包装PLC

控制系统与人机界面的设计与调试4201．掌握人机界面数据显示和数据输入的设置方法。2．能运用GTWorks3完成数据显示、数据输入和报警显示的设置。3．能根据控制要求使用人机界面和PLC实现物料分拣包装控制系统的设计与调试。学习目标421任务描述422物料分拣包装PLC控制系统具有工作连续、稳定，生产效率高，控制和定位精准等优点，系统结合人机界面进行开发设计，能通过触摸屏设置系统运行参数和监视系统运行状态，可以提升工作效率和便捷性。物料分拣包装PLC控制系统由供料装置、传送带和码垛搬运系统组成。供料装置由料筒、送料气缸和物料检测传感器组成，传送带由直流电动机、传动机构、金属传感器和末端光纤传感器组成，码垛搬运系统由输送设备、码垛机器人和托盘库组成。该控制系统需要完成物料的输送、分拣和包装，物料分为金属工件和塑料工件两种。若传感器检测物料为金属工件，则传送带反转将其直接送入废料箱；若检测物料为塑料工件，则将其传送到传送带末端后由码垛搬运系统进行包装和码垛。使用三菱FX3U

系列PLC和GS系列触摸屏实现此控制功能，完成PLC软硬件设计、触摸屏画面设计以及联机调试。423具体控制要求如下：1．按下启动按钮，传送带正转启动。若物料传感器检测料筒有料，则送料气缸伸出送料，延时2s后缩回。2．若金属传感器检测工件为金属工件，则传送带正转停止并启动反转，把工件送入废料箱，10s后传送带反转停止、正转启动，供料装置自动送料。3．若传送带末端光纤传感器检测到工件，则延时2s后传送带正转停止，码垛搬运系统自动启动，对工件进行包装和码垛，延时2s完成包装和码垛后，系统按上述控制要求循环工作。4．按下停止按钮，系统立刻停止工作。4245．按下复位按钮，系统相关数据恢复为初始值。6．用触摸屏实现对控制系统的监视，触摸屏具有初始画面、控制画面和报警画面，系统启动后进入初始画面，延时3s后自动进入控制画面，控制画面和报警画面可通过按钮进行切换。7．控制画面能对系统进行启动、停止和复位，能对码垛搬运系统每箱包装数量进行设置，能显示金属工件数量、塑料工件数量、包装箱内工件数量和已完成包装箱的数量。8．系统启动后，若物料传感器检测到料筒缺料，则10s后触摸屏报警画面显示缺料报警信息。425一、人机界面数据显示的设置人机界面数据显示具有重要作用和意义，触摸屏显示器能实时显示系统数据，为用户提供了直观、实时的系统运行情况，能帮助用户迅速掌握系统运行状态。知识平台426单击对象工具栏中的“数值显示”按钮

，再单击画面编辑区，出现数值显示图形，双击该图形，弹出“数值显示”对话框，如图所示，在对话框中可以设置数值显示的软元件、数据格式、字体、数值尺寸、显示格式等。427“数值显示”对话框对话框中各选项的说明