工業(yè)數據采集技術 課件 項目3 采集智能裝配線電機運行數據（PLC）

采集智能裝配線電機運行數據（PLC）任務1電機運行參數監(jiān)測系統功能需求分析項目3

CONTENTS02任務認知03任務資訊04任務實施05任務小結01項目導入/01項目導入引導案例目標知曉知識目標技能目標專業(yè)素養(yǎng)1.掌握PLC的基本工作原理；2.掌握模擬量數據的采集方法；3.熟悉OPC協議的相關基礎知識；4.掌握電機運行參數類型。1.能夠完成電機運行參數監(jiān)測系統功能需求分析；2.能夠完成電機運行溫度數據監(jiān)測；3.能夠完成電機振動參數監(jiān)測；4.能夠利用OPC通信將電機運行參數上傳到KEPServer。素質目標：1.培養(yǎng)精益求精的工匠精神；2.培養(yǎng)主動觀察工作習慣；3.培養(yǎng)團結協作的合作精神；4.積極溝通的工作習慣。/02任務認知任務描述與要求在生產線的運行過程中，需要實時采集電機運行參數對電機的溫度和振動等運行狀態(tài)進行采集，以了解電機的運行情況。作為項目承接方，要結合客戶需要搭建電機運行參數采集系統，客戶要求系統需兼顧低成本、低功耗、后期運維方便的要求，作為公司的售前技術支持，請充分了解客戶需求并結合行業(yè)現狀，完成該系統的功能需求分析。123熟悉電機運行參數的類型；分析電機運行參數的特點，并收集相關技術資料；完成電機運行采集監(jiān)測系統功能需求分析。/02任務資訊任務引入討論什么是系統的功能需求？任務引入討論哪些運行參數為影響電機的正常工作？/03任務實施任務實施1.列出小組分工按任務要成完成小組分工表。2.問題識別分析項目具體要建設哪些內容，以及建設的系統需要達到的標準和項目總體目標要求等。3.分析和整合匯總和梳理客戶對電機運行數據采集系統建設的相關需求，從經濟可行性、技術可行性、法律可行性等方面對其進行分析，得出客戶的各項需求是否合理。4.完成功能需求表根據前面的分析結果編制完成《電機運行參數采集系統功能需求表》/04任務小結自我反思與總結在本次任務中遇到了什么難題，是如何攻克的？能力思考本次任務中，你學到了什么？掌握了什么技能或方法？技能思考如果去應聘相關崗位，你認為自己還有哪方面的不足？崗位思考教師總結在實際項目中這些問題會延伸出什么事情？同學們普遍存在的問題是什么？任務拓展在現有任務的基礎上，列出電機運行參數數據采集系統功能需求分析大綱任務2

PLC的組態(tài)配置項目3

采集智能裝配線電機運行數據（PLC）CONTENTS01任務認知02任務資訊03任務實施04任務小結/01任務認知任務描述與要求C公司要新建一條智能裝配線。在生產線的運行過程中，需要實時采集電機運行過程中的一些模擬量進行監(jiān)測，以了解電機的運行情況。并通過HMI設計報警畫面，當采集到的模擬量超過設定值時，給出報警信號。123熟悉S7-1200系列的模擬量輸入模塊；熟悉模擬量的量程計算；掌握PLC的組態(tài)配置。/02任務資訊知識導入討論當PLC的IO輸入點不夠用時怎么辦？PLC的拓展模塊當PLC本機集成的數據點數不夠用時可選用拓展模塊。S7-1200系列的PLC常見的拓展模塊有：信號板（SB）、信號模塊（SM）、通信模塊(CM)。信號板僅可為CPU提供幾個附加的I/O點。SB安裝在CPU的前端。信號板為西門子S7-1200PLC所特有。通信模塊為CPU提供附加的通信端口（RS232或RS485）。連接在CPU的左側。信號模塊可提供附加的數字或模擬I/O點，連接在CPU的右側。模擬量輸入模塊S7-1200模擬量輸入模塊主要有一般SM1231模擬量輸入模塊、SM1231熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊、SM1234模擬量輸入/模擬量輸出模塊、信號板模擬量輸入模塊。S7-1200模擬量輸入模塊性能表模板型號分辨率負載信號類型量程范圍CPU集成模擬量輸入10位0~10V0~27648SM12314x模擬量輸入（12位）12位+符號位±10V,±5V,±2.5V-27648~276480~20mA，4~20mA0~27648SM12314x模擬量輸入（15位）15位+符號位±10V,±5V,±2.5V，±1.25V-27648~276480~20mA，4~20mA0~27648SM12318x模擬量輸入12位+符號位±10V,±5V,±2.5V-27648~276480~20mA，4~20mA0~27648SM12344x模擬量輸入/2x模擬量輸出12位+符號位±10V,±5V,±2.5V-27648~276480~20mA，4~20mA0~27648SM12311x模擬量輸入（信號板）11位+符號位±10V,±5V,±2.5V-27648~276480~20mA0~27648SM1231AI4x熱電偶15位+符號位J，K，T，E，R，S，B，N，C，TXK/XK（L），電壓范圍：+/-80mv-27648~27648SM1231AI8x熱電偶15位+符號位J，K，T，E，R，S，B，N，C，TXK/XK（L），電壓范圍：+/-80mv-27648~27648SM1231AI4x熱電阻15位+符號位鉑（Pt）、銅（Cu）、鎳（Ni）、LG-Ni或電阻0~27648

SM1231AI8x熱電阻15位+符號位鉑（Pt）、銅（Cu）、鎳（Ni）、LG-Ni或電阻0~27648模擬量量程計算模擬量輸入模塊提供了一個數值用于標準化模擬量信號（電流，電壓，電阻或溫度）。這個數值代表被測量的參量。這個過程被稱作標準化或縮放模擬量值?！癗ORM_X”和“SCALE_X”指令工程量轉換為測量值可以使用TIAPorta指令列表"轉換指令"中的“NORM_X”和“SCALE_X”指令來轉換模擬量值。HMI報警報警類型適用于監(jiān)視工廠的多個方面。來自各個報警類型的報警均以不同方法組態(tài)和觸發(fā)?？稍凇癏MI報警”編輯器中選擇相關的選項卡，以根據各個報警類型來組態(tài)報警。/03任務實施任務實施1.新建PLC項目新建工程并添加型號為S7-1215DC/DC/DC的PLC。2.添加拓展模塊添加一個模擬量輸入模塊。3.HMI設備組態(tài)完成PLC和HMI的組態(tài)。4.HMI報警視圖熟悉HMI報警視圖。/04任務小結自我反思與總結在本次任務中遇到了什么難題，是如何攻克的？能力思考本次任務中，你學到了什么？掌握了什么技能或方法？技能思考如果去應聘相關崗位，你認為自己還有哪方面的不足？崗位思考教師總結在實際項目中這些問題會延伸出什么事情？同學們普遍存在的問題是什么？任務拓展完成HMI報警的仿真調試。采集智能裝配線電機運行數據（PLC）任務3電機運行溫度監(jiān)測項目3

CONTENTS01任務認知02任務資訊03任務實施04任務小結/01任務認知任務描述與要求在生產線的運行過程中，需要實時采集電機運行溫度進行監(jiān)測，以了解電機的運行情況，并通過HMI設計報警畫面，當電機運行溫度超過設定值時，給出報警信號。請通過溫度傳感器實現對電機運行溫度的實時監(jiān)測，電機溫度傳感器輸出類型為模擬量輸出，范圍為4-20mA、0-90℃，采用傳感探頭+變送器（TP3237）組成。當電機運行位置超限和溫度超過設置的限定溫度時，在HMI畫面上分別給出報警信號。123掌握“標準化”和“縮放”指令的應用；完成PLC與HMI程序的編寫；掌握博途軟件PLC梯形圖程序與HMI組態(tài)畫面的聯合仿真方法，完成系統的功能測試。/02任務資訊知識導入討論大家都掌握了哪些PLC指令呢？“標準化”指令“標準化”指令通過將輸入模擬量輸入通道測量值VALUE中變量的值映射到線性標尺對其進行標準化?？梢允褂脜禍y量值下線MIN和測量值上限MAX定義值范圍的限值。輸出測量值規(guī)格化OUT中的結果經過計算并存儲為浮點數，這取決于要標準化的值在該值范圍中的位置。如果要標準化的值等于輸入MIN中的值，則輸出OUT將返回值“0.0”。如果要標準化的值等于輸入MAX的值，則輸出OUT需返回值“1.0”。)。模擬量輸入模塊“縮放”指令通過將輸入VALUE的值映射到指定的值范圍內，對該值進行縮放，當執(zhí)行“縮放”指令時，輸入VALUE的浮點值會縮放到由參數MIN和MAX定義的值范圍，縮放結果為整數，存儲在OUT輸出中。/03任務實施任務實施新建一個用于存放溫度值的數據塊DB。1.編寫電機運行溫度采集程序任務實施在DB塊中新建兩個REAL型變量，一個用于標準化之后的中間量，一個用于電機運行溫度的輸出值。1.編寫電機運行溫度采集程序任務實施1.編寫電機運行溫度采集程序任務實施2.組態(tài)HMI報警畫面組態(tài)報警視圖。任務實施2.組態(tài)HMI報警畫面電機運行溫度報警I/O域與PLC變量關聯。任務實施2.組態(tài)HMI報警畫面模擬量報警組態(tài)。任務實施3.仿真調試分別啟動PLC和HMI組態(tài)畫面的仿真，當電機溫度沒有超過80度的限值，此時報警視圖控件中沒有任何報警信號。任務實施3.仿真調試修改電機溫度I/O域中的值，溫度I/O域設置為90度，超過溫度限值，這時報警視圖控件就自動生成了一條報警信息。任務實施3.仿真調試如果報警狀態(tài)選擇的是未決報警，在未決報警窗口中，如果電機在運行過程中，恢復正常后不滿足報警條件了，對應的報警信息也會自動消失，這里我們將電機的運行溫度通過I/O域從大于80度修改為小于80度后，不滿足溫度超限報警條件后，在未決報警窗口中溫度超限的報警條自動消失了。任務實施3.仿真調試但是在未確認的報警窗口中，即使現在電機運行溫度小于80度了，不滿足報警條件了，對應的溫度超限的報警條仍然存在于未確認的報警窗口中，只有當人為按下報警確認后，對應的報警條才會消失。/0任務小結自我反思與總結在本次任務中遇到了什么難題，是如何攻克的？能力思考本次任務中，你學到了什么？掌握了什么技能或方法？技能思考如果去應聘相關崗位，你認為自己還有哪方面的不足？崗位思考教師總結在實際項目中這些問題會延伸出什么事情？同學們普遍存在的問題是什么？任務拓展完成HMI報警的仿真調試。采集智能裝配線電機運行數據（PLC）任務4電機運行振動監(jiān)測項目3

CONTENTS01任務認知02任務資訊03任務實施04任務小結/01任務認知任務描述與要求在生產線的運行過程中，實時對電機運行振動參數進行監(jiān)測，以了解電機的運行情況，并通過HMI設計振動參數的歷史數據和趨勢圖。本任務通過振動傳感器實現對電機運行振動參數的實時監(jiān)測，振動傳感器輸出類型為模擬量輸出，范圍為4-20mA、0-22mm/S。編寫振動傳感器模擬量輸入處理程序，并設計電機運行振動參數的歷史數據和趨勢畫面。123掌握博途軟件PLC梯形圖程序與HMI組態(tài)畫面的聯合仿真方法；完成PLC與HMI程序的編寫；完成系統的功能測試。/02任務資訊HMI歷史數據HMI趨勢視圖趨勢視圖指當前過程或日志的變量值以趨勢的形式表達的圖形。/03任務實施任務實施新建一個用于存放振動值的數據塊DB。1.編寫電機振動參數采集程序任務實施在DB塊中新建兩個REAL型變量，一個用于標準化之后的中間量，一個用于電機振動參數的輸出值。1.編寫電機振動參數采集程序任務實施1.編寫電機振動參數采集程序任務實施2.組態(tài)HMI歷史數據畫面把PLC振動實際值變量添加到HMI默認變量表中。任務實施2.組態(tài)HMI歷史數據畫面添加數據記錄,首先雙擊記錄，在右側的數據記錄窗口中添加數據記錄1,添加記錄變量過程變量選擇我們需要采集的振動實際值這個參數，采集模式選擇循環(huán)模式記錄周期選擇5s。任務實施3.組態(tài)HMI趨勢畫面在HMI歷史數據應用任務的基礎上新建一個畫面，拖入文本命名為電機振動畫面趨勢視圖，將趨勢視圖拖入到畫面中。任務實施3.組態(tài)HMI趨勢畫面將電機振動參數組態(tài)到趨勢視圖中去，第一步：雙擊趨勢視圖控件，在屬性列表中，選擇趨勢在右側的趨勢欄中選擇添加。系統自動建立一個趨勢_1。趨勢中共有7列屬性：分別為①“名稱”列，②“樣式”列，③“趨勢值”列，④“趨勢類型”列，⑤“源設置”列，⑥“側”列，⑦“限制”列任務實施4.仿真調試使用變量仿真器進行仿真，上述“記錄”編輯組態(tài)結束后，點擊執(zhí)行菜單命令“在線”“仿真”“使用變量仿真器”，組態(tài)軟件編譯所做的編輯組態(tài)工作，沒有編譯錯誤則啟動運行系統。任務實施3.仿真調試仿真器另存為振動參數寫周期選擇0.5s模擬信號選擇sine最小值選擇0最大值選擇25勾選開始。任務實施3.仿真調試找到USB_X60.1文件夾，打開數據記錄我們可以看到振動實際值已經存儲到數據記錄中了。任務實施3.仿真調試仿真電機振動參數趨勢視圖效果。/04任務小結自我反思與總結在本次任務中遇到了什么難題，是如何攻克的？能力思考本次任務中，你學到了什么？掌握了什么技能或方法？技能思考如果去應聘相關崗位，你認為自己還有哪方面的不足？崗位思考教師總結在實際項目中這些問題會延伸出什么事情？同學們普遍存在的問題是什么？任務拓展使用PLC仿真器輸入振動參數，獲得趨勢圖。采集智能裝配線電機運行數據（PLC）任務5PLC的開放式通信項目3

CONTENTS01任務認知02任務資訊03任務實施04任務小結/01任務認知任務描述與要求在智能裝配線的生產運行過程中，往往需要和其它設備之間建立通信連接，完成數據的采集與傳輸。請根據需要連接兩臺PLC，完成PLC間的相互通信。123熟悉PLC的開放式通信；掌握發(fā)送數據指令TSEND和讀取數據指令TRCV；完成PLC間的相互通信。/02任務資訊PLC通信基礎

基于CPU集成的PN接口的開放式用戶通信（OpenUserCommunication）是一種程序控制的通信方式，這種通信只受用戶程序的控制，可以用程序建立和斷開事件驅動的通信連接，在運行期間也可以修改連接。

在開放式用戶通信中，1200可以用功能塊建立連接。指令TSEND和TRCV用于通過TCP和ISO-on-TCP協議發(fā)送和接受數據。TSEND指令序號引腳含

義1REQ上升沿時觸發(fā)發(fā)送作業(yè)。2CONT控制連接建立。為0時，斷開連接；為1時，建立連接并保持。3LEN發(fā)送數據長度。LEN=0時，發(fā)送長度取決于DATA參數指定的數據發(fā)送區(qū)。當DATA參數為優(yōu)化數據塊的結構化變量時，建議設置LEN=0。4CONNECT指向連接描述結構的指針。5DATA指向發(fā)送區(qū)的指針，本地數據區(qū)域支持優(yōu)化訪問或標準訪問。6ADDR改參數為隱藏參數，只用于UDP通信，用于指定通信伙伴的地址信息。7COM_RST用于復位連接TRCV指令序號引腳含義1EN_R啟用接收功能。2CONT控制連接建立。為0時，斷開連接；為1時，建立連接并保持。3LEN發(fā)送數據長度。LEN=0時，接收長度取決于DATA參數指定的數據接收區(qū)。當DATA參數為優(yōu)化數據塊的結構化變量時，建議設置LEN=0。4CONNECT指向連接描述的指針。5DATA指向接收區(qū)的指針，本地數據區(qū)域支持優(yōu)化訪問或標準訪問。6RCVD_LEN實際接收到的字節(jié)數/03任務實施任務實施1)新建一個項目文件，，在項目中添加CPU1214CDC/DC/DCPLC1和CPU1214CDC/DC/DCPLC2,并分配好IP地址，如圖所示。任務實施2進入PLC_1設備組態(tài)界面，雙擊PLC后在常規(guī)中找到PROFINET接口，在此選項內修改IP和添加新子網，如圖所示。進入PLC_2設備組態(tài)界面選擇PN/IE_1并配置相應的IP地址，如圖所示。兩個PLC的地址可以自定義設置，但是一定要在同一網段內。任務實施3)在PLC_2中不能再新建子網，直接下拉找到PLC_1中新建的PN/IE_1子網，選擇子網后系統會自動配置PLC_2的IP，如圖所示。任務實施4)此時可在項目設備和網絡中看到兩個PLC已經連接在一起，如圖所示。任務實施5)開放式通信是一種基于程序控制的通信，所以此時組態(tài)已經完成，接下來在程序中調用相關指令即可。在PLC_1程序中調用TSEND_C指令，系統會自動生成指令數據塊，如圖所示。任務實施6)點擊圖中的工具箱圖標或選中屬性反鍵進入屬性設置，在設置中伙伴選擇PLC_2。任務實施7)在PLC_1連接數據處選擇新建，在伙伴連接數據處選擇新建，PLC_1為主動建立連接，選擇完成后如圖所示。任務實施8)PLC_1連接數據PLC_1_Send_DB為系統新建在PLC_1中的指向連接描述的指針。PLC_2連接數據PLC_2_Receive_DB為系統新建在PLC_2中的指向連接描述的指針，可在PLC_2程序塊-系統塊中找到。PLC_1程序段1：發(fā)送數據任務實施9)MO.O為系統時鐘存儲字節(jié)中的以10HZ頻率接通的位;“PLC_1_Send_DB”為設置連接參數時自動生成連接描述數據塊;P#M100.OINT10表示傳輸的數據從M100.0開始，傳輸10個整數（int）給PLC_2,如圖所示。10)在PLC_2程序中調用TRCV_C指令，系統會自動生成指令數據塊，如圖所示。調用TRCV_C指令任務實施11)點擊圖中的工具箱圖標或選中屬性反鍵進入屬性設置，在設置中伙伴選擇PLC_1,如圖所示。任務實施12)在PLC_1連接數據處選擇PLC_2_Recieve_DB，伙伴處參數和連接機制均會自動生成，選擇完成后如圖所示。任務實施13)PLC_2連接數據PLC_2_Receive_DB為系統新建在PLC_2中的指向連接描述的指針，PLC_1連接數據PLC_1_Send_DB為系統新建在PLC_1中的指向連接描述的指針。，可在PLC_1程序塊-系統塊中找到。14)PLC_2程序段1：接收數據EN_R=1為TRCV_C指令一直接收數據;“PLC_2_Receive_DB”為設置連接參數時自動生成連接描述數據塊;P#M200.OINT10表示接收的數據從M200.0開始，傳輸10個整數（int）給PLC_2,如圖所示。任務實施15)此時PLC_1向PLC_2發(fā)送數據，PLC_2接收PLC_1發(fā)送數據程序編寫完成，仿真結果如下。PLC_1向PLC_2發(fā)送數據，在PLC_1中新建監(jiān)控表，輸入想要發(fā)送的數值并寫入PLC，監(jiān)視，如圖所示。任務實施PLC_2接收PLC_1發(fā)送的數據，在PLC_2中新建監(jiān)控表，直接監(jiān)視，如圖所示。上述開放式通信只講述了PLC_1發(fā)送數據，PLC_2接收數據。PLC_2發(fā)送數據，PLC_1接收數據與上述操作流程一致，在此不再概述，需要時按照上述操作執(zhí)行即可。/04任務小結自我反思與總結在本次任務中遇到了什么難題，是如何攻克的？能力思考本次任務中，你學到了什么？掌握了什么技能或方法？技能思考如果去應聘相關崗位，你認為自己還有哪方面的不足？崗位思考教師總結在實際項目中這些問題會延伸出什么事情？同學們普遍存在的問題是什么？采集智能裝配線電機運行數據（PLC）任務6利用OPC通信將電機運行參數上傳到KEPServer項目3

CONTENTS01任務認知02任務資訊03任務實施04任務小結/01任務認知任務描述與要求為了將生產控制數據和辦公管理信息集成互聯，需要存儲智能裝配線生產過程中的各類數據。在智能裝配線的生產運行過程中，現場網絡非常復雜，多種總線、多種技術并存，為簡化接口，許多廠商提供了兩種統一的協議：DDE（動態(tài)數據交換）和OPC，而后者已經成為工業(yè)標準。請利用OPC通信將電機運行參數上傳到KEPServer。123掌握OPC通信過程；完成KEPServerEX軟件安裝；利用OPC通信將電機運行參數上傳到KEPServer。/02任務資訊OPC通訊協議OPC是工業(yè)控制和生產自動化領域中使用的硬件和軟件的接口標準，以便有效地在應用和過程控制設備之間讀寫數據。O：OLE（對象鏈接和嵌入）P:(process過程)C:(control控制）為什么需要OPC為什么需要OPCOPC通信對象服務器對象組對象項對象OPC通信對象OPC通信的類型同期通信異步通信訂閱KEPServerEX軟件

KEPServerEX是行業(yè)領先的連接平臺，使用戶能夠通過一個直觀的用戶界面來連接、管理、監(jiān)視和控制不同的自動化設備和軟件應用程序。KEPServerEX利用OPC（自動化產業(yè)的互操作性標準）和以IT為中心的通信協議（如SNMP、ODBC和Web服務），來為用戶提供單一來源的工業(yè)數據。/03任務實施任務實施KEPServerEX提供的西門子SiemensTCP/IP驅動能夠為用戶提供一個OPC服務器接口，將西門子TCP/IP以太網設備連接到OPC客戶端應用程序中。點擊KEPServerEX6.exe，開始安裝，約幾分鐘安裝完畢。1.安裝KEPServerEX任務實施在博途V16中創(chuàng)建新項目，輸入項目名稱“S7-1200和KepServer的OPC通信”。CPU選擇CPU1215CDC/DC/DC，CPU的IP地址設置為192.168.1.2。CPU屬性中選中“防護與安全-連接機制