德州職業(yè)技術(shù)學院 梁 強

玻璃鋼SMC水箱具有重量輕、無銹蝕、不滲漏、水質(zhì)好、使用范圍廣、使用壽命長、保溫性能好，外形美觀、安裝方便、清洗維修簡便、適應(yīng)性強等特點。是鋼板水箱和混凝土水箱的替代產(chǎn)品，已成為公共生活用、消防用水和工業(yè)用水貯水設(shè)施的理想產(chǎn)品。SMC水箱板是玻璃鋼SMC水箱的主要材料，以前用于SMC水箱板鉆孔的設(shè)備主要是繼電器控制，手動操作，設(shè)備故障率高，操作不方面，因此，設(shè)計一種自動化、人機界面的鉆孔設(shè)備控制系統(tǒng)非常重要。筆者設(shè)計了一種基于MCGS與PLC的玻璃鋼水箱多空鉆控制系統(tǒng)，由PLC實現(xiàn)控制功能，MCGS實現(xiàn)鉆孔、進給速度、返回速度及加工數(shù)量的控制，同時對已加工數(shù)量、剩余數(shù)量、設(shè)備運行狀況進行實時監(jiān)控，對錯誤進行報警，還可以對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，運行起來安全、方便，在玻璃鋼產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.控制系統(tǒng)的硬件組成

該設(shè)備主要用于SMC片材壓水箱板的法蘭鉆孔。主軸采用齒輪傳動，進給變頻調(diào)速，450法蘭鉆孔采用氣動裝置，換位鉆孔。為了提高工作效率，采用快速進給和工作進給兩個工作階段，為了保證設(shè)備加工安全，采用接近傳感器加觸電式限位開關(guān)進行兩端保護，并且要能夠?qū)崿F(xiàn)加工件數(shù)的實時顯示，對加工速度實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)，對歷史數(shù)據(jù)進行查詢。

系統(tǒng)分為四大部分：工作臺位置檢測部分、PLC控制部分、人機界面監(jiān)控部分及電機執(zhí)行部分。工作臺位置檢測部分主要用來檢測工作臺前進到位、后退到位及高低速轉(zhuǎn)換位置。

PLC控制部分是設(shè)備的控制核心，主要實現(xiàn)主軸起停、工作臺方向及速度的控制，通過變頻器控制進給電動機，同時把控制數(shù)據(jù)上傳上位機MCGS。人機界面監(jiān)控部分實現(xiàn)控制指令的輸入及數(shù)據(jù)的修改和監(jiān)控。電機執(zhí)行部分主要用來驅(qū)動電動機。本文主要對PLC控制部分及人機界面監(jiān)控部分進行分析。玻璃鋼水箱多孔鉆控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

1.1 PLC控制系統(tǒng)作用

本系統(tǒng)采用的是西門子S7系列的cpu224型號，是整個系統(tǒng)的控制核心，實時采集位置傳感器及MCGS觸摸屏的數(shù)據(jù)，根據(jù)控制要求，作出判斷，驅(qū)動變頻器及接觸器，運行電動機。PLC和變頻器之間采用數(shù)字輸入端多速控制，本系統(tǒng)采用3速控制，分別為高速進給，工速進給和高速退出，變頻器的速度參數(shù)設(shè)置可以通過PLC與其通訊的方式實現(xiàn)。

1.2 MCGS的作用

系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)TPC7062KS系列觸摸屏嵌入版，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的工業(yè)控制系統(tǒng)。適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，具有巨大的市場需求前景。嵌入式系統(tǒng)不僅在傳統(tǒng)的工業(yè)控制和商業(yè)管理領(lǐng)域有極其廣泛的應(yīng)用空間，如智能工控設(shè)備、POS/ATM機、IC卡等，而且在信息家電領(lǐng)域的應(yīng)用也具有極為廣泛的潛力，例如機頂盒、WebTV、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)等眾多的消費類和醫(yī)療保健類電子設(shè)備，在車載盒、智能交通等領(lǐng)域的應(yīng)用也呈現(xiàn)出前所未有的生機。

在MCGS觸摸屏上設(shè)置操作按鈕，對PLC發(fā)送命令，來控制電動機。MCGS與PLC通過RS232轉(zhuǎn)485協(xié)議進行通信，實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)交換，完成人機界面。

2.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)主要控制功能是通過PLC實現(xiàn)的。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場要求，工人通過觸摸屏或者腳踏開關(guān)發(fā)出工作執(zhí)行命令后，系統(tǒng)通過PLC的控制，自動完成如下工作過程：首先快速進給到快速轉(zhuǎn)工進位置，轉(zhuǎn)換傳感器檢測到工作臺后切換成慢速進給，同時啟動主軸電機開始鉆孔工作，到達前限位后工作臺自動高速退回，到達后限位自動停止，同時主軸也停止工作，通過氣動裝置進行更換水箱蓋，一個周期完成。

圖2 系統(tǒng)順序功能圖

根據(jù)系統(tǒng)特點，采用順序功能設(shè)計法編寫程序，順序功能設(shè)計法是按照順序控制的思想，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序控制設(shè)計法相對經(jīng)驗設(shè)計法是一種先進的設(shè)計方法，很容易被初學者接受，不容易出錯，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便，使用順序控制設(shè)計法時首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖，本系統(tǒng)順序功能圖如圖2所示。

圖3 組態(tài)軟件主界面

2.2 MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計

MCGS是上位機，主要由監(jiān)控部分、操作控制部分和歷史數(shù)據(jù)部分組成，操作控制部分包括啟動按鈕、停止按鈕、位置傳感器、限位開關(guān)、加工總數(shù)設(shè)置和變頻器速度設(shè)置。監(jiān)控部分包括實施加工數(shù)量顯示、速度顯示、位置狀態(tài)顯示及電動機工作狀態(tài)顯示。歷史數(shù)據(jù)部分包括歷史加工數(shù)據(jù)、報警情況的記錄。系統(tǒng)通過加工總數(shù)的設(shè)計可以自動完成任務(wù)后停止運行，提高了生產(chǎn)效率，在運行過程中可以實時調(diào)節(jié)加工速度，操作方便，同時對運行的數(shù)據(jù)進行記錄，自動顯示報警數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了可視化、智能化地對多空鉆系統(tǒng)進行控制。MCGS組態(tài)軟件主界面如圖3所示。

3.結(jié)論

針對玻璃鋼水箱多孔鉆原有設(shè)備繼電器控制系統(tǒng)故障率高、不以維修等問題，提出了基于MCGS與PLC構(gòu)建的控制系統(tǒng)，采用PLC的順序控制程序設(shè)計思路，觸摸屏代替硬件按鈕，操作方便直觀，人機交互界面智能化程度高，實時顯示加工數(shù)量，簡單明了，易于維護和功能擴展，便于網(wǎng)絡(luò)遠程控制，能適應(yīng)不同環(huán)境的需求，全面提升了原有設(shè)備的應(yīng)用性和技術(shù)水平。實踐證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高，已廣泛應(yīng)用于玻璃鋼企業(yè)。

[1]李江全.組態(tài)控制技術(shù)實訓教程(MCGS)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2017:1-15.

[2]徐國林.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012:56-59.