PLC与触摸终端综合应用模型的研制

1PLC与触摸终端综合应用模型的研制彭彦卿徐敏（厦门理工学院电子工程系，福建厦门361005）陈李清（厦门鱼肝油厂，福建厦门361005）[摘要]通过实例研究了DELTAPLC、HITECH触摸终端、DELTA变频器、AI智能仪表等工控技术的应用，及其相互之间的通信和系统整合.将工业现场的实际控制对象提炼成一个实物模型，可作为学生课程设计或毕业设计的学习平台.[关键词]应用模型；PLC；触摸终端；变频器；智能仪表[中图分类号]TP29对培养应用型高级工程技术人才的高等院校，将当今较先进实用的新知识、新技术及时地传授给学生，使学生走向工作岗位后能够很快地适应新的工作岗位，且具有一定的技术创新能力无疑是非常重要的.在流程工业的常用电气设备中一般包括智能仪表、变频器、PLC，比较新型的设备中都使用了触摸终端作为人机交互界面。既有温度、压力、流量等参数的过程控制环节，又有位置、速度、加速度等变量的运动控制环节及顺序控制环节，需要综合运用多方面的专业知识.为了让学生更好地巩固已学的专业知识，掌握本专业领域实用的新技术，作者以曾参与设计开发的一些工业设备为基础，进行修改和优化设计，使之可作为学生的课程设计或毕业设计的实物模型和学习平台.1模型设计思想和硬件的配置模型设计的主要原则是贴近工程实际，包含尽可能多的知识点，能够有效地应用在学习时间有限的毕业设计或课程设计等实践环节上.系统以滴丸机控制系统作为模型，硬件部分见表1.[作者简介]彭彦卿（1966-），女，河北晋州人，高级工程师，硕士，从事电气及自动化控制的教学与研究2表1模型控制系统主要硬件配置表名称型号数量品牌PLCDVP20EX00R21台达人机界面PWS3260DTN1HITECH智能仪表AI-808XL2S2宇光变频器VFD-M2台达通信电缆PWS—DVP1自制交流电流输入隔离器DZ-10/321IN0~5A；OUT0~20mA1深圳谊成交流接触器LC1-D0910M5N2施耐德热继电器LR2D1305-N2施耐德固态继电器SSR-25DA1台湾直流电源开关电源模块50W1广州铭纬漏电保护器C45NC16/4P1梅兰热电阻WZP2310-100℃2神睫本模型所涉及的内容包括：a.触摸终端与PLC控制系统.涉及人机界面的应用与开发，PLC控制系统的编程与应用，触摸终端与PLC的通信等.b.智能仪表与PLC控制系统.涉及智能仪表的应用与控制技术，触摸终端通过PLC对智能仪表参数的显示、设定与控制等通信技术，多台智能仪表与PLC的通信技术、过程参数的PID控制等.c.变频器与PLC控制系统涉及变频技术的应用、触摸终端通过PLC对变频器的参数的显示、设定与控制等技术，多台变频器与PLC的通信技术.d.模拟量的采集与控制系统.涉及模拟量采集模块的应用技术，触摸终端通过PLC采集模块实现参数的显示及控制.e.电气原理图的设计.涉及AutoCAD软件应用、电气原理图的设计.f.报警控制系统.涉及报警系统的采集、分析与报警及控制，充分发挥人机与PLC系统的优势.在具体实施过程中，可根据时间和人员安排，将系统分为若干个子系统，分头实施，最后进行系统整合和总体调试.3图1主控画面2模型各子系统的设计与实现2.1人机界面子系统的设计触摸终端是近年发展起来的新型人机交互界面器件，是可编程的具有触模式输入功能的显示屏。触摸终端又称可编程终端或人机界面(HMI)。人机界面的主要功能是取代传统的控制面板和显示仪表，同时可控制PLC、单片机、变频器、智能仪表.本次人机界面是基于HITECH系列触摸终端的ADP软件平台进行开发的.ADP软件表现最真实的离线模拟功能，用鼠标单键即可在PC上模拟操作,可大幅缩短画面设计验证的反复修改及除错时间.利用其在线模拟功能，可以不需触摸终端，直接使用PC和PLC连线模拟.可配合PLC编程软件同时操作，让设计者轻松完成调试工作.在人机界面的设计上，首先应根据生产工艺流程及系统的控制要求,综合考虑触摸终端的操作特点，编制出各个画面.通常人机界面一般设计有开机画面、主控画面、参数设定画面、报警画面、帮助画面等.2.1.1开机画面及主控画面的设计开机画面作为首页，界面做得美观友好可以给人较好的第一印象。主控画面主要应实现对控制系统的操作，包括自动控制与手动控制.本次主控画面的设计，利用组态软件，制作一台滴丸机立体效果图，并在相应的位置插入ON/OFF控制按钮，并利用数值显示控件，显示相关的参数.加上换画面按钮及时间显示等组成，并在适当的空白处做上报警指示灯及报警控制按钮.还利用走马灯形式来显示故障原因，具体画面见图1所示.为了画面更加美观生动，在人机界面适当增加动画，如主画面的输送带，在输送带启动后，人机界面的输送带也跟着动了起来，消除人机4图2数值输入与显示画面界面的枯燥与平淡.可以更直观逼真地感觉到工作状态在人机上的反映.2.1.2参数设定画面的设计参数设定画面主要是设定仪表和变频器的参数，该画面分别有显示值与设定值两部分，方便对系统参数的观察比较与设置.通过数值的输入可以根据需要设置、修改某些参数，满足设备的工作需要.参数设定画面的设计是利用人机ADP软件工具栏里的数值显示和数值输入，在需要的位置设置大小合适的窗口.并设置好变量的读取或写入相应的资料寄存器位置以及相应的格式.如图2所示.2.1.3报警显示与帮助画面的设计报警显示画面是人机界面与PLC的应用中的一个优势，它能直接、及时地反映设备的故障原因，让维修人员轻易地排除故障.还可以通过帮助画面，指导维修人员如何判断故障点、障的原因，如何排除故障等等.报警画面的设计首先应该了解该设备可能出现故障的地方，以及需要报警提示的地方.图3为报警状态流程图，根据流程图的要求设计报警系统的程序.利用指示灯或走马灯的形式,显示相应的故障信息，并利用蜂鸣器来做报警提示，这样就可以在第一时间内发现故障点，及时地排除故障[1].2.2PLC应用系统的设计PLC经过几十年的迅速发展，己不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制、位置控制.特别是PLC的通信网络技术的发展，PLC由单机控制向多机控制、由集中控制向多层次分布式控制系统发展，形成了满足各种需要的PLC应用系统.PLC应用系统的设计主要有以下几个方面：5现场数据采集2#电流值比较小于参考值1#、2#热继电器动作变频器故障报警PLC内部故障信息仪表内部故障信息2#电流比较小于参考值报警显示加热棒断一根或断两根断蜂鸣器Y0报警报警显示制冷机组故障报警显示循环泵或输送带故障报警显示1#或2#滴头故障显示PLC内部是否正常显示仪表控制及接线是否故障图3报警状态流程图2.2.1智能仪表的应用及通信子系统的设计与实现智能仪表采用ÜGU（宇光）AI人工智能工业调节器，利用智能仪表、温度传感器、加热器或制冷机组组成闭环温度控制系统.PLC与AI仪表通过RS-485异步串行数据通信，通信方式为半双工型（即收、发分时进行）.AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据.软件通信指令有两条，一条为读指令，一条为写指令.读/写指令分别如下：读：地址代号+52H（82）+要读参数的代号+0+0+CRC校验码;其CRC校验码为：要读参数的代号*256+82+ADDR;YYYYYYNNNNNN6写：地址代号+43H（67）+要写参数的代号+写入数低字节+写入数高字节+CRC校验码;其CRC校验码则为：要写的参数代号*256+67+要写的参数值+ADDR[注1].基于以上通信协议，如要实现对仪表的写入与读出，首先设定其通信处理模式；根据RS-485通讯协议，将格式为7,E,1，波特率为9600的数据H89，传给RS-485专用寄存器D1120；程序分为读、写两部分，一般情况下只读取仪表参数，当出现参数修改等，暂停读取。待写入完毕后，继续读取。部分程序如图4所示：图4仪表通信的部分程序梯型图注1：ÜGU（宇光）AI人工智能工业调节器使用说明书[CP/CD].72.2.2变频器的应用及通信子系统的设计与实现变频器是一种智能执行装置，其基本功能为对电机进行变频调速.主要掌握变频器在控制系统中的应用，以及变频器与PLC之间RS-485串联通信.在通信协议的处理上，如果选用的变频器或仪表与PLC为同一品牌，可以利用其专用指令来进行编程,使程序的编辑更加轻松容易.编程时可以采用RS-485串列I/O指令RS指令实现，亦可以用台达变频器专用指令(MODRD指令和MODWR指令)来实现.该指令系针对MODBUSASCII模式的通信外围设备专用的驱动指令，台达VFD-M变频器内建的RS-485通信接口符合MODBUS的通信格式，因此可利用该指令对台达变频器进行资料读取和资料写入,用其编写的通信程序比用RS指令实现会更简洁.2.2.3两种不同格式的通信协议的设计为了增强学生对PLC及通信协议的应用能力，本次智能仪表的通信格式为〈8，N，2〉，即8位数据，无校验位，2位停止位，而变频器的资料格式采用7,E,1，即7位数据位，偶校验，1位停止位.采用ATU模式，该模式可直接应用PLC的便利指令，大大优化程序.这时两种不同的通信格式共享一个RS-485数据口，如何处理两种不同通信格式，使得多台智能仪表与多台变频器能够在同一系统中，通信顺畅而不产生冲突，是本应用模型软件设计的难点所在.采用步进方式对两种不同格式的通信系统进行编程，经反复调试修改最后获得成功，两种不同格式的通信能够做到互不干扰，整个系统稳定可靠地运行.程序主要流程图如图5所示.8图5通信协议功能图3模型的安装与调试工作用户程序设计完成后，一般先作模拟调试，在程序设计完成后先进行梯形图编译，检验所设计的程序是否有误.如程序正确即可写入PLC.根据顺序功能图，利用程序的梯形图监控或装置监控等方法在电脑里观察程序是否正确.这里可利用人机开发的程序进行在线模拟，接上PLC、智能仪表与变频器等，利用ADP的在线模拟，检验PLC程序是否正确，与智能仪表及变频器的通信网络及控制是否满足设计要求.利用电脑对PLC发出操作指令，可以检验程序是否满足顺序功能图的规定.调试基本无误后，可设计、制作控制柜，以及可编程控制9器之外的其它硬件安装、接线工作等.调试的任务是发现问题，经过反复的调试把错误减少到最少，使得系统能够稳定运行.当系统能够稳定运行时，就可以把ADP的程序写入人机界面里，最后将人机界面和PLC用通信线连在一起，整个系统就可以投入使用.完成上述工作后，即可进行安装后的现场调试，接入实际的输入信号与负载，在联机总调试过程中观察是否出现控制逻辑或通信网络和硬件接线等方面的问题，以及人机界面与PLC的外部接线图和梯形图设计中的问题，发现问题后在现场加以解决，直到完全符合要求.4结束语PLC与触摸终端应用模型的研制的意义在于将工业现场的实际控制对象提炼成一个实物模型，使学生在毕业前能够熟悉对新项目的设计、实施的全过程.掌握和巩固本专业所需要的多方面的系统知识.可以训练学生综合运用知识的能力、分析解决问题的能力，同时也提高了学生工程实践的能力以及对新知识、新技术的实际应用能力.使学生在走向工作岗位后，能够很快地适应新的工作岗位，且具有一定的技术创新能力.学生毕业后，能够很快地将这些知识运用在传统设备的技术改造，新设备的研制开发，以及自动化新技术的应用推广等方面，也可以作为教师进一步进行科研开发的平台.[参考文献][1]彭彦卿.人机界面的开发与应用[J].鹭江职业大学学报，2004.（4）：82-85.[2]廖常初.可编程控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：重庆大学出版社，2001.2.[3]郭宗仁，吴亦锋，郭永.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.10TheDevelopmentofModelaboutPLCandHMIComprehensiveApplicationPENGYan-qingXUMin(ElectronicsEngineeringDepartment,XiamenInstituteofTechnolo