【文章內(nèi)容簡介】 15 特殊輔助繼電器 SR 448位： 2280025515 基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 6 輔助記憶繼電器 AR 384位： 00002315 保持繼電器 HR 320位： 00001915 鏈接繼電器 LR 256位： 00001515 定時器 /計數(shù)器 TIM/CNT 56位： 0255 數(shù)據(jù)存儲區(qū) DM 2,048字： 00002047 4 上位機 與 PLC 通訊及監(jiān)控程序的設(shè)計 方案 及功能 系統(tǒng)的設(shè)計 方案 PLC 的選擇 本設(shè)計選擇實驗室現(xiàn)有的歐姆龍公司的 CPM 系列 PLC 作為通訊的下位機。 歐姆龍公司的 CPM 系列 PLC 成本低由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本 ； 高速率 PLC 能夠提供高速的傳輸 并且 在線 PLC 屬于 “ 即插即用 ” ，不用煩瑣的 撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò) ，使用非常便捷。 編程軟件的選擇 Easy View 500 軟件操作容易而功能強大。 人機界面使在操作人員和機器設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的結(jié)合文字、按鈕、圖像、數(shù)字等來處理完成監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕，隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展，使用人機界面使機器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，同時也降低了生產(chǎn)的成本。 觸摸屏作為一種新型的人機界面，簡單易用，有強大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境，應(yīng)用非常廣泛。 MT500 系列觸摸屏使專門面向 PLC 應(yīng)用的，它不同于一些簡單的儀表式或其他的一些簡單的控制 PLC 的設(shè)備，其功能非常強大，使用方便。 設(shè)計 方案 在選擇好 PLC 型號和編程工具后，需要有一個清晰的設(shè)計思想，首先建立通訊，然后編制監(jiān)控軟件模塊。 （ 1） PC 機和 PLC 的通訊 雙方通訊的前提就是必須首先對通訊串口設(shè)置相同的數(shù)據(jù)位，起始位，結(jié)束位，波特率和奇偶校驗。對 Easy View 500 及大部分 PLC 而言只支持非同步傳輸模式， 必需有實體介面作為傳輸?shù)拿浇閷?shù)據(jù)以非同步傳輸模式送出及接收。利用一臺 PC 機 RS232串行端口 COM1 和 COM2 進(jìn)行調(diào)試，把 RS232 通訊線的一端接在 PLC 的 RS232 接口上，發(fā)送正確的通訊指令，檢測是否得到正確的 PLC 響應(yīng) [4]。 基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 7 （ 2） 測試 PLC 的通訊命令 查閱通訊協(xié)議，利用上面所做的通訊程序，不斷給 PLC 發(fā)送各種指令，直到能得到PLC 的正確響應(yīng)為止。 （ 3） 向 PLC 發(fā)送命令幀 PLC 和 PC 機的通訊能順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上，發(fā)送正確通訊命令幀給 PLC，分析處理反饋回來的代碼信息，得到 PLC 各種數(shù)據(jù)和狀態(tài) [7]。 （ 4） 編制監(jiān)控程序的界面 用 Easy View 500 系列觸摸屏軟件編輯監(jiān)控界面，能直觀的顯示出 PLC 資源的狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息。 通訊與監(jiān)控系統(tǒng)的功能 通訊與監(jiān)控系統(tǒng)模塊的主界面如圖 3 所示，在菜單 [編輯 ]中選擇 [系統(tǒng)參數(shù) ]項，將出現(xiàn)以下對話框： 圖 3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置可以分別對 [PLC 設(shè)置 ]、 [一般 ]、 [指示燈 ]、 [安全等級 ]、 [編輯器 ]、[硬件 ]進(jìn)行設(shè)置。 在 [PLC 設(shè)置 ]中，可以對 PLC 的類型，人機類型，通信口類型等進(jìn)行設(shè)置，在本次設(shè)計中，選擇 OMRON 系列的 PLC，人機類型選擇 MT510S/508S 640*480。 該系統(tǒng)模塊有以下幾項功能： PC 機與歐姆龍 CPM 系列 PLC 通訊功 能的實現(xiàn)、 I/O 點、數(shù)據(jù)寄存器、中間繼電器等 PLC 內(nèi)部寄存器的監(jiān)控功能的實現(xiàn)。 在一些 分布式控制系統(tǒng)中普遍采用串行數(shù)據(jù)通訊，即用來自微機串行的命令對控制基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 8 對象進(jìn)行控制操作，歐姆龍 CPM2H 系列 PLC 與 PC 機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時所采用的是RS232 通訊接口。 歐姆龍 CPM2AH 系列 PLC 的通訊協(xié)議 通訊協(xié)議就是通訊雙方就如何交換信息所建立的一些規(guī)定和過程。歐姆龍 CPM2AH系列 PLC 通訊系統(tǒng)的基本協(xié)議是歐姆龍公司提供的 HOSTLINK 通訊協(xié)議 [4]。上位機連接系統(tǒng)即 HOSTLINK 系統(tǒng)是一種即優(yōu)化又經(jīng)濟的 通訊方式，它適合一臺上位機與一臺或多臺PLC 進(jìn)行鏈接。上位機可對 PLC 傳送程序，并監(jiān)控 PLC 的數(shù)據(jù)區(qū)，以及控制 PLC 的工作情況。 其編程口通訊協(xié)議命令如表 2 所示： 表 2 歐姆龍通信協(xié)議命令 識別碼 PLC的工作模式 命令 運行 監(jiān)視 編程 RR 有效 有效 有效 讀出輸入 /輸出 /內(nèi)部輔助 /特殊輔助繼電器區(qū) RL 有效 有效 有效 讀出鏈接繼電器（ LR）區(qū) RH 有效 有效 有效 讀出保持繼電器（ HR）區(qū) RC 有效 有效 有效 讀出定時器 /計數(shù)器當(dāng)前值區(qū) RG 有效 有效 有效 讀出定時器 /計 數(shù)器狀態(tài)值 RD 有效 有效 有效 讀出數(shù)據(jù)內(nèi)存（ DM）區(qū) RJ 有效 有效 有效 讀出輔助記憶繼電器（ AR）區(qū) WR 無效 有效 有效 寫入輸入 /輸出 /內(nèi)部輔助 /特殊輔助繼電器區(qū) WL 無效 有效 有效 寫入鏈接繼電器（ LR）區(qū) WH 無效 有效 有效 寫入保持繼電器（ HR）區(qū) WC 無效 有效 有效 寫入定時器 /計數(shù)器當(dāng)前值區(qū) WG 無效 有效 有效 寫入定時器 /計數(shù)器狀態(tài)值 WD 無效 有效 有效 寫入數(shù)據(jù)內(nèi)存（ DM）區(qū) WJ 無效 有效 有效 寫入輔助記憶繼電器（ AR）區(qū) MS 有效 有效 有效 讀出狀態(tài) SC 有效 有效 有效 寫入狀態(tài) KS 無效 有效 有效 強制置位 KS 無效 有效 有效 強制復(fù)位 5 PLC 程序設(shè)計 多級皮帶機雙向控制 PLC設(shè)計方案 本設(shè)計中是對多級皮帶機控制，在此以四級皮帶機為例來說明其控制方法。一般工礦場所常用的是皮帶機逆流啟動控制，可以確保其安全上料，但是逆流啟動控制系統(tǒng)該方式對運輸機數(shù)量較多的系統(tǒng)，因啟動時間長、設(shè)備空運轉(zhuǎn)而造成機械磨損和能源損耗?；?觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 9 本設(shè)計 以 PLC 為核心控制器，以觸摸屏為人機交互界面，設(shè)計具備“順流啟動 ”和“逆流啟動”兩種方式的雙向啟動 控制系統(tǒng) ，可根據(jù)需要隨時轉(zhuǎn)換，以滿足工藝要求，同時通過觸摸屏對全過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控 [6]。 應(yīng)用 歐姆龍 PLC 控制四級皮帶機運行 設(shè)計 方案： (1) 采用啟動信號控制主程序運行，在主程序中進(jìn)行選擇采用逆流或者順流方式啟動皮帶機。 (2) 當(dāng)選擇逆流啟動時，皮帶機 B4 先開始啟動，啟動 3 秒后，皮帶機 B3 開始啟動，在 B3 啟動運行 3 秒后，皮帶機 B2 開始啟動運行，在 B2 啟動運行 3秒后 B1 開始啟動， 系統(tǒng)開始上料運行 ， 若此時有流程設(shè)備產(chǎn)生故障，則故障設(shè)備的 上 游設(shè)備將無法啟動，并彈出信息提示和聲光報警，在有關(guān)人 員確認(rèn)后發(fā)出流程停止命令對己啟動的設(shè)備全部 逆 序停止。 待系統(tǒng)正常后，程序控制系統(tǒng)逆流啟動。 (3) 當(dāng)選擇順流啟動時，程序跳轉(zhuǎn)至順流啟動開始進(jìn)行運行，使用跳轉(zhuǎn)指令使兩種啟動方案互不干擾， 皮帶機 B1 先開始啟動，啟動 3 秒后，皮帶機 B2開始啟動，在 B2 啟動運行 3 秒后，皮帶機 B3 開始啟動運行，在 B3 啟動運行 3 秒后 B4 開始啟動，在 系統(tǒng)開始 啟動后就 上料運行 ， 若此時有流程設(shè)備產(chǎn)生故障，則故障設(shè)備的 下游 設(shè)備將無法啟動，并彈出信息提示和聲光報警，在有關(guān)人員確認(rèn)后發(fā)出流程停止命令對己啟動的設(shè)備全部順序停止。待系統(tǒng)正常后，程序控制系統(tǒng)順流 啟動 正常運行。 流程控制的完整運行模式 如下流程圖 4 所示 。 圖 4 運行控制流程圖 基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 10 PLC 程序設(shè)計 主程序 歐姆龍 PLC 的 I/O 分配表如下表，表 3 所示 。 表 3 I/O分配 輸入 輸出 急停按鈕 00000 逆流啟動指示 01000 系統(tǒng)啟動按鈕 00001 順流啟動指示 01001 順流啟動 00002 皮帶機 B1 01002 逆流啟動 00003 皮帶機 B2 01003 壓力傳感器 1 00004 皮帶機 B3 01004 壓力傳感器 2 00005 皮帶機 B4 01005 一 級皮帶機故障 00006 二級皮帶機故障 00007 三級皮帶機故障 00008 四級皮帶機故障 00009 使用啟動按鈕 控制系統(tǒng)準(zhǔn)備開始運行： 控制皮帶機逆流啟動； 控制皮帶機順流啟動 ，主程序段如下圖 5 所示 。 圖 5 PLC 控制 主程序段 逆流啟動程序段 在 PLC 控制過程中使用 JMP 跳轉(zhuǎn)與 JME 跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令結(jié)合的方法，在按下 進(jìn)入皮帶機逆流啟動系統(tǒng)，即皮帶機 B4 先啟動， 3 秒后皮帶機 B3 啟動 ，按此順序依次延時 3 秒啟動皮帶機，直至皮帶機 B1 啟動，系統(tǒng)開始上料運行。如圖 6 所示 。 基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 6 加入跳轉(zhuǎn)指令 使用輔助繼電器控制啟動皮帶機，并同時啟動時間繼電器進(jìn)行延時 ，延時結(jié)束后啟動下一級將要啟動的皮帶機 。 用下面指令實現(xiàn)功能。 如 圖 7 所示。 圖 7 逆流啟動中 設(shè)置延時啟動下一級 延時到時間后 TIM000 觸點閉合，同時啟動 ，由輔助繼電器 控制皮帶機 B3 的啟動與 下一級 延時信號的 觸發(fā)。 如圖 8 所示。 圖 8 啟動 B3并開始延時啟動下一級皮帶機 依次設(shè)置各級皮帶機的啟動信號與延時信號的，使皮帶機按逆物流方向啟動，系統(tǒng)正常運行。 若此時有流程設(shè)備產(chǎn)生故障，則故障設(shè)備的下游設(shè)備將無法啟動，并彈出信息提示和聲光報警，在有關(guān)人員確認(rèn)后發(fā)出流程停止命令對己啟動的設(shè)備全部順序停止。 檢查故障原因，排除故障使所有流程設(shè)備都正常啟動后，才開始裝卸作業(yè)。 順流啟動程序段 當(dāng)按下 啟動順流控制方式時，程序?qū)⒅苯犹^逆流程序段，進(jìn)入順 流啟動控基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 12 制系統(tǒng)。 如圖 9 所示。 圖 9 順流啟動 在系統(tǒng)順流啟動時， 使用輔助繼電器控制啟動皮帶機，并同時啟動時間繼電器進(jìn)行延時 ，延時結(jié)束后啟動下一級將要啟動的皮帶機 。 如圖 10 所示。 圖 10 順流啟動中設(shè)置延時啟動下一級 延時到時間后 TIM007 觸點閉合，同時啟動 ，由輔助繼電器 控制皮帶機 B2 的啟動與下一級延時信號的觸發(fā)。 如圖 11。 圖 11 啟動 B2并開始延時啟動下一級皮帶機 依次設(shè)置各級皮帶機的啟動信號與延時信號的，使皮帶機按 順 物流方向啟動，系統(tǒng)正常運行。 若此時有流程設(shè)備產(chǎn)生 故障，則故障設(shè)備的 上 游設(shè)備將無法啟動，并彈出信息提示和聲光報警，在有關(guān)人員確認(rèn)后發(fā)出流程停止命令對己啟動的設(shè)備全部順序停止。 檢查故障原因，排除故障使所有流程設(shè)備都正常啟動后，才開始裝卸作業(yè)。 6 現(xiàn)場觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)是整個皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控站，以 MT500 觸摸屏為硬件核心基于 觸摸屏 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 13 并通過 MPI 網(wǎng)絡(luò)與下位 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以 Easy View 500 組態(tài)軟件為編程環(huán)境來開發(fā)相應(yīng)的上位監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對皮帶輸送機及其相關(guān)輔助設(shè)備的現(xiàn)場實時監(jiān)控 ,是現(xiàn)場工作人員進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理的主要人機接口 [10]。 觸摸屏 觸摸屏技術(shù) 觸摸屏是一種附加在顯示器表面的透明介質(zhì)，作為一種特殊的計算機外設(shè)，它是目前最簡單、方便、直觀的一種人機交互方式。利用這種技術(shù)使用者只要用手指輕輕地觸摸顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對計算機操作，大大簡化了計算機的輸入模式，降低了人機溝通的障礙，讓使用者不需具備計算機專業(yè)知識，也不必事先接受培訓(xùn)，即可用最直接的方式與機器設(shè)備進(jìn)行互動，使得人人皆可利用接觸控制方式來進(jìn)行輸入 [11]。使用觸摸屏除了可加速輸入的速度與效率外，并能吸引更多不具備計算機技能者進(jìn)行資料交流，提 高信息交換的程度，增加有效利用的機會，所以，觸摸屏輸入方式將會是未來各項信息產(chǎn)品的主流技術(shù)之一。 觸摸屏的基本原理是用手指或其它物體觸摸安