基于觸摸屏PLC一體機(jī)的空壓機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

觸摸屏PLC一體機(jī)作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的三大支柱之一,具有編程調(diào)試方便、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn),其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。福建農(nóng)林大學(xué)的彭亞楠等人,運(yùn)用觸摸屏PLC一體機(jī)設(shè)計(jì)的太陽能熱水控制系統(tǒng),其運(yùn)行穩(wěn)定,操作方便明了,能很好地滿足使用者的要求,同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。廣西廣播電視技術(shù)中心北海分中心的陳冠強(qiáng)等人,基于觸摸屏PLC一體機(jī)設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)主備蓄電池智能測評及轉(zhuǎn)換裝置,該系統(tǒng)在運(yùn)行的一年多時(shí)間中,操作方便,工作穩(wěn)定可靠,能避免蓄電池故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能正常啟動(dòng)的問題,確保了廣播電視安全播出。天津農(nóng)學(xué)院的何建祥,基于觸摸屏PLC一體機(jī)設(shè)計(jì)了潮汐模擬發(fā)電裝置,外觀簡潔,有科技感,并且觸摸屏的操作十分直觀、方便,減少了人工工作量。綜上可以發(fā)現(xiàn),該技術(shù)在眾多領(lǐng)域運(yùn)用已經(jīng)非常成熟,并且取得了較好的使用效果,也積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn),不過該種方法在空壓機(jī)組的應(yīng)用上目前處于空白狀態(tài)。

當(dāng)前,制造業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備的使用幾乎都需要利用壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng),壓縮空氣是除了電源之外的被公認(rèn)為第二大的動(dòng)力能源,且目前大部分企業(yè)都會(huì)配置多臺(tái)空壓機(jī),其獨(dú)立控制和運(yùn)行產(chǎn)生了大量的運(yùn)營成本浪費(fèi),所以,設(shè)計(jì)一套空壓機(jī)組控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí),該項(xiàng)設(shè)計(jì)研究,可以為未來類似空壓機(jī)組的控制改善提供實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和案例。

1設(shè)計(jì)背景和需求

A公司是一家專業(yè)從事五金零配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的制造型企業(yè),參與制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并作為行業(yè)表率,發(fā)展勢頭和前景良好,但因同行企業(yè)數(shù)量眾多,市場競爭非常激烈,成本優(yōu)勢成為未來企業(yè)立足行業(yè)發(fā)展的重要因素。在A公司的年度成本分析中,3臺(tái)空壓機(jī)用電成本占總用電成本的20%。降低空壓機(jī)用電成本可以有效降低營運(yùn)成本,提升企業(yè)產(chǎn)品成本優(yōu)勢,讓企業(yè)獲得更好的發(fā)展。

本次設(shè)計(jì)是針對3臺(tái)單獨(dú)的空壓機(jī),白天是正常生產(chǎn)時(shí)間,所以開啟的數(shù)量是2臺(tái),晚上因?yàn)橹挥幸恍〔糠秩思影?所以開啟的數(shù)量是1臺(tái)。設(shè)計(jì)時(shí),3臺(tái)中任意2臺(tái)可以開啟組合,使其組成1個(gè)空壓機(jī)組,有單獨(dú)的統(tǒng)一控制方式,以此達(dá)到分時(shí)段控制空壓機(jī)啟動(dòng)的數(shù)量、合理供氣、減少設(shè)備使用成本的目的。在設(shè)計(jì)時(shí),需要同時(shí)考慮現(xiàn)場管道的長度、直徑、流程,空壓機(jī)房和管道的布局走向尺寸,未來控制系統(tǒng)和設(shè)備的操作可行性等一系列問題。

本文研究的是基于觸摸屏PLC一體機(jī)的空壓機(jī)組控制系統(tǒng)的問題,故僅針對觸摸屏PLC一體機(jī)部分做擴(kuò)展設(shè)計(jì)說明?？諌簷C(jī)組控制的設(shè)計(jì)使用觸摸屏PLC一體機(jī)作為系統(tǒng)主要的載體,是整個(gè)系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵所在,在對比功能需求和使用成本后,本次研究項(xiàng)目選擇中達(dá)優(yōu)控A型5寸24MR-FX型號的觸摸屏PLC一體機(jī)來進(jìn)行系統(tǒng)控制。下文將對設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。

2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的空壓機(jī)組控制系統(tǒng)由中達(dá)優(yōu)控觸摸屏PLC一體機(jī)A型5寸24MR-FX、臺(tái)灣明緯開關(guān)電源LRS-100-24、IFM易福門壓力傳感器PN7000、正泰繼電器JZX-22F（D）/3Z、坤雄牌電動(dòng)球閥DN65等部分組成,空壓機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1、圖2所示。

PLC梯形圖編寫后通過數(shù)據(jù)線連接,實(shí)現(xiàn)與一體機(jī)的數(shù)據(jù)傳送互聯(lián)。觸摸屏PLC一體機(jī)的開關(guān)量輸入為電動(dòng)閥信號、急停開關(guān)和壓力傳感器:繼電器輸出信號控制電動(dòng)閥和各臺(tái)空壓機(jī)的開關(guān)。GX Developer為三菱PLC的編程軟件,具有程序開發(fā)、維護(hù)、參數(shù)設(shè)定、在線監(jiān)控、診斷等功能。要安裝這個(gè)軟件,先要打開GX編程軟件MELSOFT\Enamel里的環(huán)境包,打開GXDeveloper里的SETUP.EXE安裝文件,開始安裝,中間會(huì)要求輸入ID序列號,安裝時(shí)關(guān)閉殺毒軟件,完成后再打開。安裝完成后打開編程軟件進(jìn)行梯形圖編寫與測試,輸入/輸出端口分配如表1、表2所示。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要分為兩層,第一層是控制層,包括上傳好程序的觸摸屏:第二層是現(xiàn)場層,現(xiàn)場層主要包含壓力傳感器和電動(dòng)閥控制的空壓機(jī)組,根據(jù)程序設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行管道開關(guān)的切換和空壓機(jī)啟停控制。

YKBuilder是一款觸摸屏編程軟件,使用這款軟件能夠快速進(jìn)行編輯,并且這款軟件支持按鈕以及流動(dòng)塊的添加,操作方法十分簡單。

YKBuilder提供了強(qiáng)大的編程功能:可以幫助用戶進(jìn)行觸摸屏設(shè)計(jì),可以對控制設(shè)備建立通信方案,可以將設(shè)備的全部控制內(nèi)容輸入到編輯,支持將邏輯控制設(shè)備的系統(tǒng)放到軟件上編程,支持功能按鈕、流動(dòng)塊、圖片顯示,可以選擇GIF動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)圓、動(dòng)態(tài)矩形等形狀。其編程方式非常簡單,軟件將需要的控件排列出來,例如可以在觸摸屏選擇圖片移動(dòng)、消息顯示、xY趨勢圖等,也支持在軟件上編輯儀表、多功能鍵、歷史報(bào)警等功能。

觸摸屏HMI編程軟件使用全中文編輯軟件YouKongsoStV3.0,編輯方便簡單,支持撤銷、重做、鼠標(biāo)框選、跨各類工程的復(fù)制和粘貼:程序空間共計(jì)16000步,不用電池記憶,無須維護(hù):支持字體選擇功能,寄存器數(shù)字、文本漢字顯示都可自由選擇字體:指示燈oN/oFF圖畫可以更換成任意圖畫:支持多種格式圖畫文件,動(dòng)態(tài)圖畫功能可實(shí)現(xiàn)256幅圖畫切換顯示等等。本次設(shè)計(jì)過程中,主頁界面布置了自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、檢修控制和參數(shù)設(shè)定界面。

（1）自動(dòng)控制界面功能:開始和結(jié)束系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。在觸摸屏上設(shè)置了自動(dòng)啟動(dòng)的按鈕,啟動(dòng)后,空壓機(jī)組根據(jù)設(shè)定好的程序,按照時(shí)間段的要求,自動(dòng)按序號開啟空壓機(jī),在時(shí)間變化后,實(shí)施自動(dòng)切換。自動(dòng)控制為系統(tǒng)正常使用時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）手動(dòng)控制界面功能:手動(dòng)調(diào)試或測試時(shí)使用,或者在特殊狀態(tài)下使用,同樣可以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。按照程序編寫3臺(tái)設(shè)備聯(lián)動(dòng)情況,分為6種:1）開1#,關(guān)2#、3#:2）開1#、2#,關(guān)3#:3）開1#、3#,關(guān)2#:4）開2#,關(guān)1#、3#:5）開2#、3#,關(guān)1#:6）開3#,關(guān)1#、2#。通過點(diǎn)擊電磁閥圖標(biāo)進(jìn)行啟?？刂?啟動(dòng)標(biāo)注為綠色,停止標(biāo)注為紅色。

（3）檢修控制界面功能:檢修情況下或維修單個(gè)元件時(shí)維修人員測試所用,其目的是提高維修操作便捷性,降低維修的可區(qū)分度和難度。

（4）參數(shù)設(shè)定界面功能:將可能使用到的參數(shù)整理置于一頁上,方便使用和維護(hù)時(shí)進(jìn)行調(diào)整,包括時(shí)間參數(shù)、壓力參數(shù)、地址參數(shù)等等。

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觸摸屏顯示頁面、手動(dòng)控制頁面如圖3和圖4所示。

圖3觸摸屏初始顯示頁面

2.3PLC程序設(shè)計(jì)

空壓機(jī)組PLC軟元件設(shè)置參數(shù)如表3所示,程序部分梯形圖如圖5至圖11所示。

3結(jié)語

本文詳細(xì)分析介紹了基于觸摸屏PLC一體機(jī)的空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),以中達(dá)優(yōu)控觸摸屏PLC一體機(jī)為主體,列出了詳細(xì)的觸摸屏界面設(shè)計(jì)過程和PLC程序,并結(jié)合A公司空壓機(jī)使用管理過程中遇到的問題,通過設(shè)計(jì)解決了顯示問題。該項(xiàng)研究具有豐富的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。整個(gè)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后,經(jīng)過一年多時(shí)間的使用觀察,運(yùn)行穩(wěn)定性好,切換準(zhǔn)確,可靠性高,從實(shí)際使用結(jié)果來看,符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。同時(shí),本次控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能會(huì)為未來觸摸屏PLC一體機(jī)在制造型企業(yè)中的更多應(yīng)用提供參考。

本次設(shè)計(jì)的不足之處在于僅針對某種品牌的空壓機(jī)和單類型的觸摸屏PLC一體機(jī),對于后來者提供研究、設(shè)計(jì)參考的范圍有限。在未來的研究中,將繼續(xù)深入開展普遍意義的系統(tǒng)設(shè)計(jì),為制造型企業(yè)設(shè)備管理、技術(shù)發(fā)展、成本降低等應(yīng)用提供更多的思路和案例。