李曉寧

摘 要 本文以皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)給出該系統(tǒng)的PLC硬件設(shè)計(jì)，觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)、變頻器參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，有效體現(xiàn)了PLC、觸摸屏、變頻器三位一體，觸摸屏成為人機(jī)對(duì)話(huà)的界面，變頻器成為PLC的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在電類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中將傳統(tǒng)學(xué)科體系課程的《PLC應(yīng)用技術(shù)》、《變頻器技術(shù)》、《觸摸屏技術(shù)》進(jìn)行整合，探討搭建一個(gè)融合多項(xiàng)技術(shù)平臺(tái)的可能性，以適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的電氣控制要求，使教學(xué)內(nèi)容跟上機(jī)電行業(yè)新技術(shù)發(fā)展的步伐，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞 PLC 觸摸屏 變頻器 皮帶輸送機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

可編程控制器是電氣控制系統(tǒng)的控制核心，它可以實(shí)時(shí)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)設(shè)備，很方便的完成各類(lèi)控制要求。通過(guò)幾十年的發(fā)展，PLC已經(jīng)走進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面，所以學(xué)校的電類(lèi)和相關(guān)專(zhuān)業(yè)也因其重要性，逐漸將其加入到教學(xué)計(jì)劃中，并且PLC與工業(yè)機(jī)器人、CAD/CDM成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。由于可編程控制器工業(yè)控制在現(xiàn)代企業(yè)中常常與變頻器技術(shù)，觸摸屏技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)有關(guān)，因此學(xué)校在教學(xué)中，對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有《PLC應(yīng)用技術(shù)》、《變頻器技術(shù)》、《觸摸屏技術(shù)》等相關(guān)課程，但是如此教學(xué)體系的劃分，不但導(dǎo)致可是占用過(guò)多，而且可能導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)稱(chēng)為分散、單項(xiàng)的存在，各學(xué)科間的銜接不緊湊，甚至出現(xiàn)互相扯皮的現(xiàn)象。學(xué)生在畢業(yè)后對(duì)于由多項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成的相對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，存在技術(shù)單一，不能全面掌握、靈活應(yīng)用等現(xiàn)象。本文以皮帶輸送機(jī)為例，詳細(xì)給出了該系統(tǒng)的PLC硬件設(shè)計(jì)、觸摸屏MCGS人機(jī)界面設(shè)計(jì)、變頻器參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，探討搭建一個(gè)整合PLC、觸摸屏、變頻器相關(guān)知識(shí)的平臺(tái)的可能性，期待實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的需要相契合。

1皮帶輸送機(jī)控制要求

某工廠(chǎng)有一條皮帶輸送機(jī)，由觸摸屏、PLC、變頻器控制，控制要求如下：控制系統(tǒng)分為手動(dòng)調(diào)試和自動(dòng)運(yùn)行兩種模式。手動(dòng)調(diào)試分別按下正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、皮帶輸送機(jī)有相應(yīng)的動(dòng)作，高速50HZ、中速30HZ、低速10HZ;手動(dòng)調(diào)試要求觸摸屏有相應(yīng)的顯示。自動(dòng)運(yùn)行，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕后皮帶輸送正轉(zhuǎn)50 HZ高速運(yùn)行，5S后中速30 HZ運(yùn)行，3S后10 HZ低速運(yùn)行，5S后皮帶輸送機(jī)停止，3S后皮帶輸送反轉(zhuǎn)10HZ低速運(yùn)行，5S后中速30HZ運(yùn)行，3S后高速50 HZ運(yùn)行，5S后皮帶輸送機(jī)停止完成一個(gè)周期。當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中按下停止按鈕皮帶輸送機(jī)應(yīng)立即停止。自動(dòng)運(yùn)行要求觸摸屏有相應(yīng)的顯示。

2電氣元件的選擇

2.1 PLC的選擇

2.1.1 PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家的選擇

確定PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家，主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶(hù)的需求。

輸入輸出（I＼O）點(diǎn)數(shù)的估算：PLC的輸入輸出（I＼O）點(diǎn)數(shù)是PLC的基本參數(shù)之一，（I＼O）點(diǎn)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入輸出點(diǎn)的總和為依據(jù)。在一般情況下，PLC（I＼O）的點(diǎn)應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%—20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算數(shù)據(jù)。

2.1.2 PLC存儲(chǔ)容量的估算

PLC存儲(chǔ)器容量是指可編程控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，各種PLC的存儲(chǔ)容量大小可以從該P(yáng)LC的參數(shù)表中找到。程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)程序所使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此存儲(chǔ)器容量應(yīng)大于程序容量。

2.1.3 PLC通訊功能的選擇

為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總裁、工業(yè)以太網(wǎng)等）的通信處理器。

2.1.4 PLC機(jī)型的選擇

按結(jié)構(gòu)分成整體型和模塊型兩類(lèi)，整體型的點(diǎn)數(shù)較少且相對(duì)固定，通常用于小型控制系統(tǒng)。這一類(lèi)PLC的代表有西門(mén)子 的S7-200系列。三菱公司的FX的系列，歐姆龍公司的CPMIA系列等。總之選用的一般原則：方便性、通用性和兼容性。

2.2觸摸屏的選擇

根據(jù)功能、尺寸、安裝、質(zhì)量、價(jià)格來(lái)選擇 ，顯示尺寸主要按使用場(chǎng)所不同來(lái)確定，常用的有7寸-65寸。樣式，按使用場(chǎng)所不同來(lái)選擇，目前有背掛式、吊頂式、落地式。實(shí)訓(xùn)室選用三菱。

2.3變頻器的選擇

一般根據(jù)電機(jī)的額定電流，然后查變頻器的樣本，樣本上標(biāo)示的重載應(yīng)用有個(gè)連續(xù)電流量，一般變頻器的額定輸出電流只要超過(guò)電機(jī)的額定電流就行。根據(jù)皮帶輸送機(jī)的控制要求，確定系統(tǒng)輸入輸出端子數(shù)目，選用三菱FX2N-40MR，有24個(gè)輸入端和16個(gè)輸出端;確定系統(tǒng)速度的變化，選用三菱通用變頻器FR-D700，有15速調(diào)速，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求。觸摸屏選用Kinco步科觸摸屏。

3 PLC的硬件設(shè)計(jì)

3.1輸入/輸出端子設(shè)計(jì)

3.1.1輸入端子

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，皮帶輸送機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、高速、中速、低速、停止占用六個(gè)輸入端子，同時(shí)這些相應(yīng)操作按鈕也與人機(jī)界面組態(tài)按鈕相對(duì)應(yīng)，既能單獨(dú)調(diào)試PLC的程序，又能單獨(dú)用觸摸屏來(lái)控制。操作按鈕可以使用人機(jī)界面組態(tài)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要占用輸入端子。

3.1.2輸出端子

系統(tǒng)中的變頻器調(diào)速使用5個(gè)功能端，占用5個(gè)輸出端子。而運(yùn)行指示燈、電源指示燈使用觸摸屏插入元件構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，各個(gè)工作區(qū)速度顯示使用觸摸屏實(shí)現(xiàn)，不占用端子。

3.2 PLC輸入/輸出端子分配

系統(tǒng)中皮帶輸送機(jī)手動(dòng)調(diào)試與自動(dòng)運(yùn)行在觸摸屏首頁(yè)設(shè)置為觸摸鍵，分別鏈接到調(diào)試界面與運(yùn)行界面，運(yùn)行指示燈和電源指示燈設(shè)置為觸摸屏插入元件指示燈顯示，三個(gè)工作區(qū)速度通過(guò)PLC把數(shù)據(jù)傳給寄存器D0，再由觸摸屏顯示出來(lái)。

3.3 PLC硬件連接圖

根據(jù)皮帶輸送機(jī)控制要求和PLC輸入輸出端子分配情況，設(shè)計(jì)皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)硬件連接圖。其中觸摸屏和PLC之間通訊使用“RS—485轉(zhuǎn)換器”專(zhuān)用通信電纜。

4觸摸屏MCGSE人機(jī)界面設(shè)計(jì)

打開(kāi)Ev500-V1.6-CHS組態(tài)軟件，根據(jù)觸摸屏的類(lèi)型選擇MT4300C，設(shè)計(jì)人機(jī)界面畫(huà)面。為了能夠達(dá)到利用觸摸屏操作畫(huà)面實(shí)時(shí)操作皮帶輸送機(jī)的效果，必須將人機(jī)界面中的圖形對(duì)象和PLC中的編程軟元件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如表1所示。并對(duì)相應(yīng)的圖示部件進(jìn)行組態(tài)參數(shù)的設(shè)定，最后通USB通訊線(xiàn)將組態(tài)畫(huà)面下載到觸摸屏上。

5變頻器參數(shù)設(shè)置

通用變頻器絕大多數(shù)是交—直—交型變頻器，其主要是由整流回路（交—直變換）、直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直—交變換）組成，還包括有限電流電路、制動(dòng)電路、控制電路等組成部分。變頻器的使用主要是通過(guò)改變變頻器的輸出頻率從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以便獲得滿(mǎn)意的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速效果。變頻器常見(jiàn)的頻率給定信號(hào)的方式有操作板給定，外部端子信號(hào)給定，模擬信號(hào)給定，脈沖信號(hào)給定，和通信方式給定等。根據(jù)控制要求，采用變頻器外部端子STF、STR、RH、RM、RL來(lái)進(jìn)行調(diào)速。通過(guò)查找三菱通用變頻器FR-D700使用說(shuō)明，確定變頻器參數(shù)設(shè)置。

表1：參數(shù)設(shè)置表

6系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)法有經(jīng)驗(yàn)法、順序控制設(shè)計(jì)法。其中順序控制設(shè)計(jì)法是一種新穎的，按照生產(chǎn)工藝順序進(jìn)行的編程設(shè)計(jì)方法，它簡(jiǎn)單易學(xué)，很容易被初學(xué)者接受，有經(jīng)驗(yàn)的工程師使用順序控制設(shè)計(jì)法，也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率，程序調(diào)試、修改和閱讀也更方便?，F(xiàn)根據(jù)皮帶輸送機(jī)的控制要求，啟動(dòng)FXGPWIN軟件，新建文件，選擇所使用的PLC類(lèi)型FX2N，編制的梯形圖（略）。在皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)中，要求停止按鈕在任何時(shí)候都可以按下，而且不管在任何時(shí)候按下停止按鈕，系統(tǒng)立刻停止，同時(shí)Y4用來(lái)輸出皮帶輸送機(jī)正轉(zhuǎn)，Y3用來(lái)輸出皮帶輸送機(jī)反轉(zhuǎn)，Y2用來(lái)輸出高速，Y1用來(lái)輸出中速，Y0用來(lái)輸出低速，自動(dòng)運(yùn)行部分，用X6作為啟動(dòng)按鈕，用T0，T1，T2，T3，T4，T5，T6來(lái)控制高中低速的變化，X5為停止按鈕。當(dāng)Y2，Y1，Y0線(xiàn)圈得電時(shí)，把對(duì)應(yīng)頻率傳給一個(gè)寄存器D0，再由觸摸屏顯示出來(lái)。

7結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)教學(xué)體系是根據(jù)課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，按照知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)劃分，期望通過(guò)學(xué)科教學(xué)進(jìn)度，有序形成學(xué)生的職業(yè)技能。但實(shí)際上這種教學(xué)體系的分割造成了學(xué)生職業(yè)技能技術(shù)單一，缺乏對(duì)多項(xiàng)技術(shù)綜合利用的能力，不能完全符合職業(yè)技能的系統(tǒng)性要求。本文旨在探討將多個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，使用一個(gè)完整的項(xiàng)目，給學(xué)生營(yíng)造一個(gè)真正的工作情景，以此來(lái)解決教學(xué)過(guò)程中職業(yè)技能培養(yǎng)培養(yǎng)在專(zhuān)業(yè)課程中單項(xiàng)、分散、關(guān)聯(lián)性弱、不成系統(tǒng)的問(wèn)題。實(shí)踐證明;基于PLC變頻器觸摸屏綜合利用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)有效體現(xiàn)了PLC、觸摸屏、變頻器三位一體，觸摸屏稱(chēng)為人機(jī)對(duì)話(huà)的界面，變頻器稱(chēng)為PLC的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能適應(yīng)可編程控制器在現(xiàn)代企業(yè)的應(yīng)用常常與變頻器、觸摸屏技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)代電器控制系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)需要，是多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)整合的一次成功嘗試，是教學(xué)內(nèi)容跟上機(jī)電行業(yè)新技術(shù)發(fā)展的步伐，對(duì)以后教學(xué)內(nèi)容整合改革有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳慧敏.PLC應(yīng)用技術(shù)仿真教學(xué)探討[M].教育出版社.

[2] 秦春斌.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3] 阮友德.電氣控制與PLC[M].人民郵電出版社，2009.