摘要：本文介紹了觸摸屏結(jié)合PLC在壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)該控制系統(tǒng)中的觸摸屏頁(yè)面設(shè)計(jì)和PLC的原理及作用進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞： PLC 觸摸屏 壓鑄機(jī) 抗干擾
中圖分類號(hào)：TP273
引言：壓鑄機(jī)作為有色金屬鑄件生產(chǎn)的重要裝備，通常是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重的環(huán)境下工作，其供電系統(tǒng)也常受大負(fù)荷設(shè)備啟停的干擾，決定了其控制系統(tǒng)的高抗干擾性[1]。采用可編程邏輯控制器PLC，可利用其硬件和軟件上采取的一系列抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠地工作。但單純的PLC控制系統(tǒng)不宜實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控以及工藝參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置和修改。若采用上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)PC與PLC通信的方式進(jìn)行監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，不僅投資成本高，而且上位機(jī)一般難于設(shè)置在壓鑄機(jī)高溫、輻射、高電氣干擾的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，不便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控和參數(shù)的在線設(shè)置。鑒于壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)工藝參數(shù)較多，且需要人機(jī)交互，使用可靠性高的觸摸屏就是很好的選擇。通過觸摸屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)值并與生產(chǎn)實(shí)際值作比較，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控到系統(tǒng)各工藝參數(shù)的大小和變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、故障診斷等功能[2]，從成本、開發(fā)、維護(hù)上更適合于壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)。
1．控制系統(tǒng)硬件組成與結(jié)構(gòu)原理
壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)本身是通過各種接口與外圍設(shè)備與生產(chǎn)過程發(fā)生關(guān)系，并對(duì)生產(chǎn)過程的各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制的。控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)組成框圖
現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)由PLC和觸摸屏組成，核心控制器PLC擴(kuò)展一塊模擬輸入模塊，一塊模擬輸出模塊[3]。具體控制過程為：由行程開關(guān)和控制按鈕發(fā)出的開關(guān)信號(hào)指示出目前壓鑄機(jī)所作的動(dòng)作，經(jīng)由模擬輸入模塊采集油壓、合型力、速度等模擬量即可檢測(cè)到壓鑄機(jī)工作的狀態(tài)，然后通過PLC邏輯運(yùn)算，形成相應(yīng)的開關(guān)量輸出，同時(shí)通過模擬量輸出模塊控制流量、壓力比例閥，這樣整體控制壓鑄機(jī)的動(dòng)作。同時(shí)，PLC把檢測(cè)到的壓鑄機(jī)狀態(tài)和動(dòng)作信號(hào)送入觸摸屏，對(duì)各種故障進(jìn)行診斷，并顯示一些重要的參數(shù)大小，如合型力、壓射速度等[4]，更為重要的是，用戶可以通過觸摸屏實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)目的值，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用，保證鑄件質(zhì)量，提高了生產(chǎn)率。
2 控制系統(tǒng)中PLC的作用
PLC作為控制單元，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。通過接收開關(guān)量、模擬量輸入，經(jīng)處理后輸出開關(guān)量、模擬量去控制繼電器的動(dòng)作，程序流程圖如圖2所示。
圖2 PLC運(yùn)行框圖
PLC的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）初始化變量，設(shè)置自由通訊口協(xié)議和中斷協(xié)議；
（2）與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對(duì)觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理；
（3）完成數(shù)字量與模擬量的相互交換；
（4）實(shí)時(shí)控制壓鑄機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)。
3．觸摸屏的應(yīng)用
觸摸屏界面由支持軟件進(jìn)行編譯、設(shè)計(jì)，然后從支持工具下載到觸摸屏即可使用。觸摸屏與PLC之間通過RS232通信電纜進(jìn)行連接。由PLC對(duì)觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進(jìn)行讀寫達(dá)到兩者之間的信息交互[5]。
根據(jù)壓鑄機(jī)的控制和操作要求，共設(shè)計(jì)了主界面、輸入信號(hào)監(jiān)控界面、輸出信號(hào)監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置界面、澆注機(jī)輸入輸出界面和報(bào)警界面等六個(gè)主要的人機(jī)交互界面。壓鑄機(jī)各個(gè)部件的工作狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)都可在觸摸屏上動(dòng)態(tài)顯示。
3.1主界面的設(shè)計(jì)
在主界面上建立壓鑄機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控模型，實(shí)時(shí)顯示控制壓鑄機(jī)動(dòng)作的主要電磁閥的狀態(tài)和壓鑄機(jī)工作時(shí)的各種工藝參數(shù)，如圖3所示，由它可以方便快捷地觀察壓鑄機(jī)在某一刻的工作狀態(tài)。
圖3 主界面
3.2 信號(hào)輸入監(jiān)控界面
點(diǎn)擊主界面上的輸入信號(hào)功能按鈕，進(jìn)入輸入信號(hào)監(jiān)控畫面，如圖4所示，該界面包括控制系統(tǒng)中主機(jī)PLC所有的輸入信號(hào)，此項(xiàng)功能用來(lái)監(jiān)控輸入信號(hào)是否正常，以便完成觸摸屏的故障診斷功能。
圖4 信號(hào)輸入監(jiān)控界面
3.3信號(hào)輸出監(jiān)控界面
點(diǎn)擊主界面上的輸出信號(hào)功能按鈕，鏈接進(jìn)入輸出信號(hào)監(jiān)控界面，如圖5所示，該界面顯示壓鑄機(jī)主機(jī)PLC所有的輸出信號(hào)，用信號(hào)燈的亮滅表示輸出信號(hào)的有無(wú)，此項(xiàng)功能主要用來(lái)監(jiān)控信號(hào)是否正常。
圖5 信號(hào)輸出監(jiān)控界面
3.4參數(shù)設(shè)置界面
點(diǎn)擊主界面上的參數(shù)設(shè)置功能按鈕，鏈接進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，如圖6（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，通過該界面可以根據(jù)用戶的需要和壓鑄機(jī)的質(zhì)量設(shè)置壓鑄機(jī)工作工藝參數(shù)，更好地起到人機(jī)交互性。
3.5澆注機(jī)界面
點(diǎn)擊主界面上的澆注機(jī)功能按鈕，進(jìn)入澆注機(jī)輸入輸出界面，如圖7（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，該界面包括澆注機(jī)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的監(jiān)控顯示燈，還有澆注機(jī)工作時(shí)的各個(gè)參數(shù)。
3.6報(bào)警界面
點(diǎn)擊主界面上的報(bào)警信息功能按鈕，鏈接到報(bào)警信息界面，如圖8（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，該界面將顯示所有壓鑄機(jī)相關(guān)的報(bào)警項(xiàng)目，包括壓力、溫度、液位等多個(gè)報(bào)警狀態(tài)。
4．結(jié)論：
本論文是遼寧省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目 “大型壓鑄機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)研究”的后期研究工作，將觸摸屏技術(shù)與PLC結(jié)合應(yīng)用于壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)：
（1）觸摸屏人機(jī)界面上設(shè)置的各種按鈕、開關(guān)、信號(hào)顯示燈、儀表等都是實(shí)物的替代品，觸控壽命長(zhǎng)，大大提高了壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。
（2）觸摸屏與PLC的連接通訊是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，不占用PLC的I/O點(diǎn)，只需要中小型的PLC即可滿足壓鑄機(jī)的生產(chǎn)，節(jié)省了成本。
（3）通過PLC不少于2000次/秒的狀態(tài)檢測(cè)，可以檢測(cè)到狀態(tài)的瞬息變化，并對(duì)壓鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)實(shí)時(shí)的控制，誤動(dòng)作發(fā)生的幾率幾乎為0，安全性能高。
（4）系統(tǒng)的程序接口簡(jiǎn)單，用戶能夠很方便的進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)，靈活配置來(lái)適應(yīng)客戶的要求，很大程度上保證了整體系統(tǒng)的靈活性和可伸縮性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 阜新壓鑄機(jī)廠；壓鑄機(jī)及其使用維修.
[2] TP7觸摸屏面板設(shè)備手冊(cè)[M],SIEMENS公司，1998
[3] W.Sequeira,R.Kind,R.Roberts;Optimization of Die Casting Part Design,Process Parameters and Process Control Using Newly Developed Die-casting Simulation Tools cincinnati ,Ohio;
2001 Transactions/Congress Sessions,Cincinnati
,Ohio, Oct 29-NOV 1, 2001 p.69-76
[4] 孫偉英，趙繼印，蓋爽，李西林；壓鑄工藝參數(shù)在線檢測(cè)及遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)[J],沈陽(yáng)：儀表技術(shù)與傳感器，2003，11
[5]齊蓉；可編程計(jì)算機(jī)控制器高級(jí)技術(shù)[M],西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002
