(9.1.21)--1-21项目6工作任务4基于PLC、触摸屏、变频器的综合应用.pdf

工作任务工作任务 4 基于基于 PLC、触摸屏、变频器的综合应用、触摸屏、变频器的综合应用 教学导航教学导航 能力目标能力目标 1.会对触摸屏变量进行定义、参数设置，并能制作画面；2.会进行 PLC 与触摸屏连接的训练；3.能够编写 PLC 与触摸屏、变频器的综合应用梯形图。知识目标知识目标 1.了解触摸屏原理与应用：2.掌握 NV-Designer 软件的使用：3.掌握设定触摸屏变量与 PLC 寄存器对应关系方法。任务引入任务引入 触摸屏，是一种用触摸方式进行人机交互的人机界面，它通过手指触摸的方式进行人机交互、检测和接收信息，在工业生产及人们的生活中得到了广泛的应用。作为智能的多媒体输入输出设备，它取代了传统控制台的许多功能，代替传统的键盘、操作按钮等输入设备以及数码管、指示灯等输出设备，使用功能丰富的软元件替代实际元件，可以省去大量的硬件接线，从而提高了系统的自动化程度。我们可以使用触摸屏对电动机实现监控，触摸屏把设备动作信息送入到控制器 PLC 中，经过 PLC 运算处理控制变频器按照控制要求动作，同时将设备状态送给触摸屏进行实时监控。基于 PLC、触摸屏、变频器的电机控制要求如下：1.使用触摸屏通过 PLC 的外部端子控制变频器高速、低速按照规定时间自动运行。2.通过触摸屏画面，指示变频器的运行状态，显示高速运行还是低速运行，系统结如图 6-35 所示。图 6-35 触摸屏通过 PLC 控制变频器结构图 任务分析任务分析 NV-3Q触摸屏通过RS-422A/485选件板与CP1E-NA型PLC连接，控制PLC启动与停止运行，并监控PLC的输出状态。CP1E-NA型PLC通过外部端子控制3G3MX2变频器实现变频器高速和低速运行，其关键是设定好触摸屏变量与PLC寄存器对应关系及相关联的梯形图的编写。在触摸屏工程制作过程中，可使用两个界面，其中一个是主界面，另外一个是控制界面，具体功能如下：界面一、主界面，制作文本“基于触摸屏的变频调速系统”，制作画面切换元件并有相关文字说明，进入“变频器运行控制”界面，如图6-36所示。6-36 触摸屏主界面 界面二、“变频器运行控制”界面，制作两个按钮元件，并有相应的文字说明，两个按钮元件用于控制变频器的启动、停止；一个按钮元件用于返回主界面；两个频率速度运行指示灯，分别显示变频器高低速运行，如图6-37所示。6-37 触摸屏控制界面 知识链接知识链接 一、触摸屏简介一、触摸屏简介 触摸式可编程终端（Touch Screen Programmable Terminal）俗称触摸屏，是一种用触摸方式进行人机交互的人机界面(Human Machine Interface)。它通过手指触摸的方式进行人机交互、检测和接收信息。触摸屏在触摸式多媒体信息查询系统中有着非常广泛的应用。作为智能的多媒体输入输出设备，比键盘、鼠标使用起来更为方便，已广泛应用于工业、医疗、通信等领域的控制、信息查询及其他诸多方面。随着社会向信息化方向发展和电脑、网络的迅速普及，触摸屏以其卓越的人机交互操作功能在人们生活中也得到越来越广泛的应用。二、触摸屏的工作原理二、触摸屏的工作原理 触摸屏的基本原理为：用户用手指或其他物体触摸安装在显示器上的触摸屏时，被触摸位置的坐标被触摸屏控制器检测，并通过通信接口（例如，RS-232C或 RS-485 串行口）将触摸信息传送到 PLC，从而得到输入的信息。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。触摸检测装置安装在显示器的显示表面，用于检测用户的触摸位置，再将该处的信息传送给触摸屏的控制器。触摸屏控制器的主要作用是接收来自触摸点检测装置的触摸信息，并将它转换成触点坐标，判断出触摸的意义后传送给 PLC。它同时能接收PLC 发来的命令并加以执行，例如动态地显示开关量和模拟量。三、触摸屏的分类三、触摸屏的分类 按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏可分为四类，它们分别是电阻式、电容感应式、红外线式和表面声波式。1.电阻式触摸屏 电阻式触摸屏利用压力进行控制。这种触摸屏工作的原理如图 6-38 所示，在强化玻璃表面涂上两层透明氧化金属导电层,两涂层之间用细小的透明隔离点隔开以便使两层涂层互相绝缘。当手指触压屏幕时，两层涂层会出现一个接触点，控制器同时检测此时的电压及电流值，便可计算出触摸点的坐标位置。图 6-38 电阻触摸屏结构 五线电阻触摸屏有极好的灵敏度和透光度，较长的使用寿命，不怕灰尘、油污和光电干扰，适用于各类公共场所，缺点是怕压力损伤或刮伤，尤其适用于工业控制现场。2.电容式触摸屏 电容式触摸屏利用人体的电流感应原理进行工作。当手指触摸时，便可通过手指从接触点处流走一个很小的电流。该电流分别从触摸屏四角上的电极中流出并在接触点处汇总，通过计算便可算出触点到屏幕四角的距离，从而得出触摸点的位置。电容触摸屏的优点是能够适应大多数环境，但由于人体成为线路的一部分，漂移现象比较严重，因而需要经常校准。当外界有较强的电场和磁场的时候，会使触摸屏失灵。所以此类触摸屏不宜在环境条件差的工业现场和干扰严重的地方使用，可使用于环境条件较好的公共信息查询场合。3.红外触摸屏 红外触摸屏利用 X、Y 方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕上的位置。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，能在比较恶劣的环境条件下工作。红外线触摸屏适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室。但是由于分辨率不高，寿命短，所以不适用于控制要求非常精密的工业控制现场。4.表面声波触摸屏 表面声波触摸屏的触摸部分是强化玻璃板，安装在显示器屏幕的前面。使用时，屏幕表面布满声波，当手指触及屏幕时，控制器便根据手指吸收或阻挡声波能量的相应数据计算出手指的位置。表面声波触摸屏由于采用纯玻璃材质，透光性最好，使用寿命长，抗划伤性好，适用于各类公共场所。缺点是怕长时间的灰尘积累和油污的浸染，所以干净的场所和环境对其非常重要。否则，就需要定期进行清洁维护服务。四、工业现场中，触摸屏的主要功能四、工业现场中，触摸屏的主要功能 可编程终端最早的应用场所主要是工业现场，作为智能的多媒体输入输出设备，它取代了传统控制台的许多功能，随着检测技术的发展，使用触摸技术代替传统的键盘和操作按钮。触摸屏在工业现场主要可以实现以下功能：1.显示及监视功能 它可以用来显示各种信息，例如工业控制系统或设备的工作状态。触摸屏可以通过灯、实物图形等方式来显示各开关量的状态；也可以通过液位计、折线图或趋势图等方式来显示温度、压力、流量等过程量的状态；还可通过仪表图形、数字等方式来显示电流、电压等现场参数的数据。图形和其他指示功能可以将实时数据或现场状况以及各种控制信息显示出来，表现得更加形象、逼真，使操作者更容易理解和判断现场情况。2.参数设定功能 使用数字输入功能，输入控制系统所需要的参数，例如 PID 的各种参数等。3.控制功能 利用按钮等功能元素，可通过 PLC 对开关量进行控制，并可在多个控制面板之间进行切换。触摸屏可以运行用户设计的各种控制界面，并且可以使用界面上的各种触摸开关作为上位机的输入。控制界面的个数以及界面的布置是根据用户需要进行设计的。触摸屏越来越多地代替了控制面板开关。4.实时报警功能 当现场和设备出现问题、故障，或者控制系统发生错误时，显示出来，发出报警声，提示操作者，并能给出多种处理方案，以便操作者进行选择，作出适当处理。也可按预定方案，通报给执行机构，进行适当处理。五、常见的欧姆龙触摸屏五、常见的欧姆龙触摸屏 1.NV 系列触摸屏系列触摸屏 NV 系列触摸屏是一款具有 3V 特点的小型触摸屏，Visibility-可视性：画面美观，显示内容一目了然；Value-价值：易于设计，简单灵活的编程；Variation-可变性：十种型号的产品线，轻松选择，给小尺寸触摸屏带来了一个新的标准 紧凑型可编程终端的 NV 系列不但可满足对增强的可视性、简 易性以及成本的基本需求，甚至还可以提供优越的 PLC 兼容性、简易的操作以及较高的性价比，是欧姆龙目前主推的小型触摸屏。NV 系列触摸屏根据有效显示区域的大小不同，分为 3 大类：NV3W，NV3Q,，NV4W。如图 6-39 所示。NV3W 3.1 英寸 紧缩卧式型号 单色 STN NV3Q 3.6 英寸 QVGA 屏幕 单色 STN 或彩色TFT NV4W 4.6 英寸 紧缩卧式型号 单色 STN 图 6-39 NV 系列触摸屏 其中 NV-3Q 系列有触摸屏单色和彩色两种，3.6 英寸彩色 QVGA 型，分辨率 320240，最大支持 1G 的 SD 卡，可提供更大的存储容量，更丰富的画面制作和更清晰的画面显示功能，所以适用范围更广。NV 系列触摸屏的性能特点：1：N 的连接：NV 系列触摸屏可通过自带的的 RS422A/485 串口接入 PLC 控制系统，可与控制器实现 1：N 的连接，如图 6-40 所示。图 6-40 NV 触摸屏与 PLC 实现 1：N 连接 SPMA 功能：可以实现单端多路访问功能（SPMA）在系统中，上位计算机可通过一个通信端口，经过 NV 可与远程 PLC 建立通信，实现监控，如图 所示。特别适用于远距离的通信场合，节省布线，提高维修效率，连接如图 6-41 所示。图 6-41 NV 触摸屏 SPMA 功能 2.NS 系列触摸屏系列触摸屏 NS 产品规格 NS 系列触摸屏根据有效显示区域的大小不同，分为 4 大类：NS5，NS8，NS10，NS12。如图 6-42 所示。图 6-42 NS 系列触摸屏 2）NS 主要功能特点 NS 系列触摸屏是欧姆龙公司的一款高功能 PT，它除了具有高色彩分辨率（32768 色）、大容量图像数据（60MB）、快速的绘画速度（200-MHz RISC CPU）、兼容 USB 口的打印机（EPSON 和 Canon）外，还具有更大的画面制作、网络互联、数据备份及多媒体功能。使用 NS 系列触摸屏制作工程画面可实现多种功能：标准零件图案 CXDesigner 软件自带 1000 多个标准零件图案，不仅提供位灯、位按钮，还提供更复杂的零件，如传动开关和 7 段显示器。在 CX-Designer 中根据需要选择就可以方便地创建监控对象、优化屏幕。智能对象库（Smart Active Parts）CXDesigner 中自带智能对象库（Smart Active Parts），其中包含了针对监控欧姆龙产品的图库。用户根据需要监控产品选择相应的对象，这样帮助用户节省大量的开发时间。另外，用户也可注册自己的图库，在多个特定的项目中进行登记对象的选用。密码保护 对画面数据中的操作对象，软件提供操作保护密码，对操作安全进行保护，用户最多可设定 5 个不同的密码，并选择使用不分等级的密码，或具有等级权限的密码（5 级密码权限最高）。支持多语言 NS 一副画面最多支持 16 种语言的显示，用户仅用一个按钮就可以选择画面的显示语言，并且支持常用 41 个国家的语言的显示。另外，NS 的系统菜单支持英文、中文、德文等 6 种语言。宏功能 宏功能是利用宏指令编程来实现控制功能的一种方式。使用“+,-,*,/”来实现简易的计算；使用“,=,=,”可以进行逻辑比较；用“&,AND,|,OR”做简易的逻辑运算；使用高级指令还可以完成更复杂的控制功能。宏功能的使用，可以简化 PLC 中复杂的数学运算和逻辑运算程序，减少PLC 的程序容量。仿真功能 触摸屏的画面无需再传入 PT 中调试。CXDesigner 中的仿真调试功能，提供给用户一个虚拟的调试平台。仿真功能显示了虚拟的 NS 操作屏幕，用户可在其上调试各种对象的控制功能；还提显示了虚拟的 PLC 内存，用户可以修改 PLC参数来查看对象动作情况。真正实现交互式的调试功能。丰富的功能对象 CX-Designer 提供 25 个功能对象，如图 所示，可供用户使用。除了满足用户对逻辑量、数字量、模拟量等变量的监控外，使用折线图、趋势图、数据配方等功能，还可实现多组数据的对比监控、调用。另外，使用“框”和“表格”还可优化数据监控的组态画面。网络功能 NS 系列触摸屏可通过各种网络无缝地与现场控制器、其他现场总线设备建立通信链接。一个触摸屏能通过串行口、Ethernet 或者 Controller Link 网络连接到多个 PLC。NS 系列提供 2 个串行接口（9 针 D 型）,这样就能让用户同时连接到 PLC 和条码阅读器。梯形图程序监控功能 梯形图监控功能主要用来在 NS 上显示、控制与之通信的 PLC 程序，更容易的发现并排除故障。用户可以控制执行梯形图程序（I/O 位状态监控，地址/指令搜索，多 I/O 位监控等），亦可显示程序的 I/O 注释。欧姆龙 NS 系列触摸屏的编辑软件为 CX-Designer，NV 系列触摸屏的编辑软件为 NV-Designer。六、触摸屏软件六、触摸屏软件 NV-Designer 的使用的使用 下面以欧姆龙 NV-3Q 触摸屏的组态软件 NV-Designer 为例来说明触摸屏的使用。ProTool 软件是人机界面中具有代表性的组态软件之一，其功能强大，是西门子公司 HMI 系列人机界面（含触摸屏）通用型的组态软件。ProTool 软件的最大优点是使用同样的组态软件来组态该系列中的所有人机界面（含触摸屏），无论为哪个人机界面（含触摸屏）创建项目，ProTool 总是提供相同的、类似的用户界面，以便于控制画面的编辑。1.NV-Designer 的使用（1）启动 NV-Designer，创建新工程。在安装了 NV-Designer 软件的电脑中双击图标就可启动 NV 系列触摸屏的组态工程编辑软件 NV-Designer。软件启动后显示如图 6-43 所示窗口，选择“创建新工程”。图 6-43 触摸屏创建新工程（2）选择机型 硬件选型使用 NV-3Q 系列触摸屏，所以在 NV-Designer 软件中，也进行对应的设置，具体设置为：“NV 机型”下拉选择“NV-3Q”，“NV 类型”下拉选择“彩色”，文件名默认为“NewProject”，如图 6-44 所示。图 6-44 触摸屏选择机型（3）通信参数设置 由于硬件选型，PLC 使用欧姆龙 CP1E-NA 型 PLC 与触摸屏进行通信连接，所以在通信时应选择其对应的通信参数“PLC 机型”下拉选择“Omron SYSMAC-CS/CJ/CP Series”。点击下一步，设置系统内存，可使用系统默认设置，如图 6-45所示。图 6-45 通信参数（4）触摸屏工程制作 新建工程向导设置完成或，进入触摸屏工程编辑界面，如图 6-46 所示，左侧为屏幕管理窗口，中间为当前编辑的基本窗口，右侧为部件库。图 6-46 触摸屏工程编辑界面 任务实施 控制要求 在触摸屏上，按下启动按钮，变频器驱动电机按照 10Hz 频率低速运行10S，接着变频器驱动电机自动调至为 40Hz 高速运行 8S，系统停止；任何时间按下停止按钮，系统停止运行。一、制作触摸屏画面 根据上述任务的控制要求创建的两个工作界面：其中基本屏幕 0 为“主界面”，基本屏幕 1 为“变频器运行控制”界面，触摸屏画面结构如图 6-47 所示。图 6-47 触摸屏画面结构 在基本屏幕 0 中，使用文本工具制作文本“基于触摸屏的变频调速系统”，从部件库中插入一个功能开关，在标签项中分别标注为“进入系统”。双击功能开关，在标签窗口中，在 OFF 状态时显示的字符串输入框中，输入“进入系统”，将状态切换到 ON，点击“复制 OFF 的内容”，将 ON 状态时显示的字符串设置为“进入系统”，用于指示按钮的功能，触摸屏部件标签制作如图 6-48所示。图 6-48 触摸屏部件标签制作 在基本屏幕 1 中，使用文本工具制作文本“变频器两端速度自动控制”，从部件库中插入两个按钮，在标签项中分别标注为“启动”，“停止”；从图库中插入两个指示灯，使用文本工具在下方分别标注“高速（40Hz）”，“低速（10Hz）”；从图库中插入功能按钮，标签项输入“返回”，设置过程参照功能按钮。屏幕画面布局参照图 6-49 所示。图6-49 屏幕画面布局 二、屏幕部件与寄存器的对应关系 规划系统中用到的屏幕部件与寄存器的对应关系如表 6-13 所示。表 6-13 屏幕部件与寄存器的对应关系 部件类型 部件名称 操作模式 操作对象及寄存器 功能开关 进入系统 切换屏幕 屏幕编号 1 功能开关 返回 切换屏幕 屏幕编号 0 开关 启动按钮 瞬时性 W0.00 开关 停止按钮 瞬时性 W0.01 指示灯 高速指示灯 ON/OFF 位 100.01 指示灯 低速指示灯 ON/OFF 位 100.02 三、参数的设置 1.功能开关参数的设置 在基本屏幕 1 中双击“进入系统”功能开关，在基本设置窗口中，操作模式选择切换屏幕，屏幕编号设置为 1，如图 6-50 所示，“返回”功能开关可参照设置。图 6-50 功能开关基本设置 2.开关参数的设置 在基本屏幕 1 中双击“启动”开关，显示开关部件设置窗口，在基本设置窗口中，操作模式选择“瞬时型”，此时开关作为按钮使用，按下时 ON/OFF 显示控制选择“制定输出地址”，使用“地址状态”。开关部件基本设置如图 6-51 所示。图 6-51 开关部件基本设置 打开颜色设置窗口，将“ON 状态时显示的颜色”设置为绿色，“OFF 状态时显示的颜色”设置为红色，用于指示按钮动作，开关部件颜色设置如图 6-52 所示“停止”开关可参照设置。图 6-52 开关部件颜色设置 3.指示灯参数设置 在基本屏幕 1 中双击“高速”指示灯，显示指示灯部件设置窗口，在基本设置窗口中，将 ON/OFF 位地址设置为 100.01。指示灯部件基本设置如图 6-53 所示。图 6-53 指示灯部件基本设置 打开颜色设置窗口，将“ON 状态时显示的颜色”设置为绿色，“OFFN 状态时显示的颜色”设置为红色，用于显示电机的运行状态，指示灯部件颜色设置如图 6-54 所示，“低速”指示灯可参照设置。图 6-54 指示灯部件颜色设置 四、设计梯形图 变频器两段速度设计的梯形图如图 6-55 所示。图 6-55 变频器两段速度自动控制梯形图 五、系统调试 变频器两段速度自动控制接线如图 6-56 所示，按图安装接线。CP1E-NA PLC100.00100.01100.02S1S4S5COMScPSCP24MLNUVWLNNV-3Q 触摸屏RS-485选件板3G3MX2 变频器 图 6-56 变频器两段速度自动控制接线图 下载程序到 PLC，变频器两段速度自动控制 I/O 分配如表 6-14 所示。表 6-14 PLC 控制 I/O 分配 输入（触摸屏软元件）输出 启动按钮 W0.00 变频器正转 100.00 停止按钮 W0.01 低速运行 100.01 高速运行 100.02 设置变频器参数。变频器采用多段速度控制模式，使用不同多功能数字输入端子不同的组合实现两段速度控制，在开始功能设置之前，应先将变频器参数进行复位，具体参数设置如表 6-15 所示。表 6-15 变频器两段速度控制参数设置 参数No.设定值 参数含义 b84 03 初始化选择为异常监控清除数据初始化 b180 01 初始化模式选择为实行 b37 00 参数显示选择为全显示 A001 02 第 1 频率指令由操作器给定 A002 01 第 1 运行指令由控制电路端子台给定 A021 10 多段速指令 1 速频率设置为 10Hz A022 40 多段速指令 2 速频率设置为 40Hz C004 02 多功能输入4功能选择为 CF1(多段速 1)C005 03 多功能输入5功能选择为 CF2(多段速 2)C006 04 多功能输入6功能选择为 CF3(多段速 3)C007 05 多功能输入7功能选择为 CF4(多段速 4)触摸屏与 PLC 通信调试，将计算机上制作好的画面传送给触摸屏，并将触摸屏与 PLC 连接好，通过操作触摸屏上的触摸键观察触摸屏上的指示与 PLC输出的指示变化是否符合要求，技能训练考核评价标准技能训练考核评价标准 本项工作任务的评分标准见表 6-16 所示。表 6-16 评分标准 工作任务 4：基于 PLC、触摸屏、变频器的综合应用 组别：组员：项目 配分 考 核 要 求 扣 分 标 准 扣分 记录 得分 电路 设计 40 分 根据给定的控制电路图，列出 PLC 输入/输出元件地址分配表，设计梯形图及PLC 输入/输出接线图，根据梯形图，列出指令表 1.输入/输出地址遗漏或写错，每处扣 2 分 2.梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣 3 分 3.接线图表达不正确或画法不规范，每处扣 3 分 4.指令有错误，每条扣 2 分 安装 与 接线 30 分 按照 PLC 输入/输出接线图在模拟配线板上正确安装元件，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固。配线美观，下入线槽中且有端子标号，引出端要有别径压端子 1.元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣 1 分 2.元件安装不牢固、安装元件时漏装螺钉，每处扣 1 分 3.损坏元件，扣 5 分 4.电动机运行正常，如不按电路图接线，扣 1 分 5.布线不入线槽、不美观，主电路、控制电路每根扣 0.5 分 6.接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，每处扣 0.5 分 7.损伤导线绝缘或线芯，每根扣 0.5 分 8.不按 PLC 控制 I/O 接线图接线，每处扣 2 分 程序 输入 与 20 分 熟练操作键盘，能正确地将所编写的程序下载到 PLC；按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达1.不熟练录入指令，扣 2 分 2.不会用删除、插入、修改等命令，每项扣 2 分 3.一次试车不成功扣 4 分，二次试车不成功扣 8 分，三次试 调试 到设计要求 车不成功扣 10 分 安全 文明 工作 10 分 1.安全用电，无人为损坏仪器、元器件和设备 2.保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良好 3.小组成员协作和谐，态度正确 4.不迟到、早退、旷课 1.发生安全事故，扣 10 分 2.人为损坏设备、元器件，扣10 分 3.现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣 5 分 4.不遵守考勤制度，每次扣25 分 总分 工程素质技能训练工程素质技能训练 一控制要求 在触摸屏上，按下启动按钮，变频器驱动电机按照 10Hz 频率低速运行10s，接着变频器驱动电机自动调至为 25Hz 中速运行 8s，接着变频器驱动电机自动调至为 25Hz 中速运行 10s，系统停止；任何时间按下停止按钮，系统停止运行。二训练内容 写出 I/O 分配表；绘出 PLC 控制系统硬件接线图；根据控制要求，设计梯形图程序；输入、调试程序；安装、运行控制系统；汇总整理文档，保留工程文件。