基于PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计概要

第3期(总第68期黎明职业大学学报No.32010年9月JournalofLimingVocationalUniversitySept.2010收稿日期:2010－06－25作者简介:程永强(1983－,男(汉,福建泉州人,黎明职业大学机电工程系助教,硕士,主要从事机电一体化方面的研究。基于PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计程永强(黎明职业大学机电工程系福建泉州362000摘要:分析砌块成型机的控制要求,设计基于西门子PLC和eView触摸屏的电气控制系统,介绍硬件系统的设计过程、软件的实现方式及人机界面的设计。提出系统应加入半自动操作模式,实现试做砖时边做砖边调整并保存参数的功能,采用两级工作压力设定,使设备运行更平稳。设备投入运行后,该控制系统性能稳定、抗干扰能力强,大大提高了砌块成型生产的自动化水平和生产效率。关键词:砌块成型机;西门子PLC;触摸屏中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1008—8075(201003—0037—03近几年国家正逐步禁止粘土实心砖的使用,免烧压制的空心砖需求量越来越大,早期制砖设备的控制系统多为人工操作或者是单片机控制,可靠性低、故障率高、维护困难。可编程控制器(PLC作为一个新兴的工业控制器,具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便、体积小、重量轻、抗干扰能力强等优点,广泛应用于自动化设备的各个领域〔1〕。基于PLC控制器的砌块成型机自动化程度高,可以完全适应规模生产,将成为未来砖机行业的主流,对其进行研究具有重要意义。1砌块成型机控制要求分析对砌块成型机生产现场的工艺过程进行分析,总结其主要控制要求。(1系统应具有手动、半自动和全自动三种操作模式。现在市面上大部分砌块成型机只有手动和全自动两种操作模式,手动操作模式通常在故障排除及空机调试时使用,全自动操作模式则用于正常生产过程。而半自动操作模式主要是在试做砖时使用。由于试做砖过程中很多压力参数和时间参数都要根据不同砖型和不同原料进行调整,在半自动操作模式下可实现边做砖边调整参数,调整好后直接保存起来,备用。(2要求各个动作间都要联锁。比如压头不在上位、底模不在下位时不能送料;料车不在后位时,不能降压头或升底模;底模不在上位时,不能送板等。(3要求设备工作平稳,到位之前有减压或减速过程。(4应具有良好的人机界面。通过界面可以观察当前工作状态,可以输入工艺参数,显示关键工艺参数。(5系统具备报警和故障处理功能。2硬件设计砌块成型机的电气控制系统主要包括PLC控制器、触摸屏、限位开关、电机和其他低压元器件。硬件设计主要有PLC和触摸屏选型、I/O地址分配和系统的硬件电路设计等几个方面。2.1PLC和触摸屏选择根据控制要求和控制功能的分析,整个系统共有25个开关量输入、18个开关量输出和1个模拟量输出,同时考虑到经济性和I/O要有一定的预留量,PLC机型选择德国西门子的S7－200系列CPU224XPCN一台及S7－200系列模块EM223CN(16点输入/16点输出一台。CPU224XPCN有14个数字量输入点,10个数字量输出点,2个模拟量输入点和1个模拟量输出点。S7－200系列具有结构紧凑、性能优异、程序容量较大、运行速度快、编程灵活、稳定可靠等优点〔2〕。黎明职业大学学报2010年9月触摸屏采用eView系列MT508T触摸屏。MT508T使用EB500组态软件编辑,具有多种图形控件和功能控件,可以设计出满足系统要求的人机界面,PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯〔3〕。2.2控制系统的I/O地址分配表1示出了砌块成型机控制系统的I/O地址分配。表1砌块成型机控制系统I/O地址分配I/O地址的分配应做到使输入点的顺序尽量和输出点的顺序一致,这样编写程序比较不容易出错。2.3硬件电路设计根据上述控制要求分析和I/O地址分配,硬件电路的设计如图1(见下页所示。图1中中继表示中间继电器,PLC的输出通过中间继电器隔离保护,以防输出电磁阀短路造成PLC的损坏。SB3是三向选择开关,用来切换手动和半自动操作模式。全自动操作模式是在半自动状态下,再按自动运行按钮SB2。SB7是两向选择开关,SB5与SB6是十字开关。为了使机器能平稳工作,延长机器的使用寿命,所有动作皆分为两级压力:工作压力和减速压力。其中工作压力的工作阶段由时间控制,时间到或行程到则自动转入减速压力工作阶段。动作开始时,启动工作压力,工作时间到则转减速压力直至限位开关到位,结束该动作。液压系统中采用了压力比例阀,PLC通过模拟量输出点AQW0输出010V的电压值,经HNC1085比例驱动板转换为0800mA的电流值,从而控制压力比例阀输出所需的压力值。3PLC程序设计图2为砌块成型机的系统主程序。图2系统主程序根据对砌块成型机的控制要求分析和硬件电路的原理,按照模块化的程序设计思想,砌块成型机的PLC控制程序主要由以下子程序组成:初始化程序、手动程序、半自动与全自动程序、上位机显示及报警程序和生产参数处理程序〔4〕。其中报警程序,在设定时间范围内,正常执行的动作未能到达程序指令位,则系统自动停止执行,经PLC自诊断程序显示故障原因和故障位置,并闪示报警。另外,程序设计过程中要全面考虑各个动作之间的互锁关系。83第3期程永强:基于PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计图1硬件电路图4触摸屏设计触摸屏在整个系统所起的作用主要有:(1监控设备运行状况,显示各开关量的输入状态和各输出点的输出状态;(2参数设置,数据动态显示;(3把不常用的开关量和输出指示放到屏幕上,省去外围电路和器件,节省PLC的输入点和输出点,从而减小PLC的规模;(4报警。电机故障报警、误动作报警、动作超时报警;(5权限管理。操作人员只有在开机输入正确的密码登录后,触摸屏才能进入工作状态,调试状态也要输入专用的密码才能进入。触摸屏画面主要包括主画面、目录画面、参数设定画面、手动画面、报警画面、监控画面、输入输出状态画面、生产参数画面、工艺参数库画面等。主画面显示公司LOGO,密码登录框;目录画面显示余下七个画面的菜单;参数设定画面用来设定各个动作的压力值和运行时间;报警画面根据PLC检测到的故障逐条显示报警信息,一旦跳出报警画面,页面就停留在该画面,必须在故障排除后才可以切换画面;监控画面直接示出成型机的结构。成型机的结构示意图直观地显示设备当前运行状态,每个动作到位后,对应的限位开关会闪烁;输入输出状态画面显示各个I/O点的ON/OFF状态;生产参数画面显示做一板砖的成型周期、振动时间和总的生产次数等重要生产参数;工艺参数库画面如图3所示。图3触摸屏工艺参数库MT508T触摸屏自带64K配方记忆卡,工艺参数库画面设计了一个出厂值数据库和三个用户数据库,出厂时预先在触摸屏里存储一套做标准砌块的参数值,用户在生产不同砌块时,可以分别保存或者调出三套不同的数据,(下转第48页93黎明职业大学学报2010年9月2.校外实训基地建设高职院校校外实训基地的建立,可以使学生在浓厚的职业氛围中锻炼和培养其职业岗位能力,使学生所学的理论知识在实践中得以应用。如黎明职业大学建筑工程技术专业依托“建筑工程学院”和“建筑职教集团”,校企双方深度融合,把所有的校外实训基地均纳入“建筑工程学院”统一管理,已建立了17个长期稳定的校外实训基地。学生通过校外实训基地进行顶岗实训,感受到真实的职业氛围,并进行多岗位轮换实训,培养了多岗位复合的职业能力,使“多岗一体”的人才培养模式得以实现。(三顶岗实训考核管理的规范建筑工程技术专业学生的顶岗实训是在实际工程项目的施工现场进行的,和校内教学相比,学生的作息时间和学习空间都发生了变化,因此只有加强顶岗实训管理才能取得良好的效果,才能切实培养学生的顶岗能力。如黎明职业大学建筑工程专业学生顶岗实训由“建筑工程学院”统筹安排,师资的选配采用学校指派与聘请企业指导教师相结合的方法,以企业指导老师为主、学校指导老师为辅进行顶岗实训全过程指导。顶岗实训的学生由“建筑工程学院”分配到项目部后,指定专门的企业指导老师现场进行实训指导,并把学生当作企业的一员,按照企业的规章制度进行统一管理和日常考核,实习学生较多的项目部还专门设置了实习生办公室,为学生实训提供了便利条件。按照顶岗实训任务书的要求,对学生进行多岗轮训,根据“学生顶岗实训教学管理办法”和“学生顶岗实训考核标准”等进行严格考核,确保了顶岗实训的效果。高职院校只有深刻领会高职教育理念,以工学结合作为人才培养模式改革的重要切入点,深入调查区域经济和行业发展状况及其对人才的要求,才能构建符合区域经济发展需求的人才培养模式。校企深度融合,为人才培养模式实施提供保障,实施人才共育,才能解决好高职教育“培养什么人”、“怎样培养”和“谁来培养”这三个核心问题。参考文献〔1〕面向21世纪高等理工科教育教学内容和课程体系改革计划工作指导小组.挑战·探索·实践〔M〕.北京:航空航天大学出版社,1999.〔2〕张相乐.关于本科专业人才培养模式改革的思考〔J〕.石油教育,2004(1:33－34.〔3〕彭流枝,林天檖.唯有源头活水来———泉州市建筑业劳动关系状况调查〔J〕.施工企业管理,2009(2:57－59.〔4〕王金圳.浅谈“项目教学法”在建筑施工技术专业教学中的应用〔J〕.黎明职业大学学报,2005(3:42－44.(责任编辑东红櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐(上接第39页当用户不小心把数据弄乱了,也可以恢复出厂值数据库。数据一旦保存到触摸屏记忆卡里,在断电状态下可以保存半年,方便用户使用。5结束语应用PLC和触摸屏进行砌块成型机控制,充分发挥PLC功能强大和可靠性高的特点以及触摸屏操作简便、界面友好等优点。通过设置两级压力使设备运行平稳,大大延长机器的使用寿命。用触摸屏作为显示终端,制作形象的监控画面及报警画面,便于操作人员掌握设备运行状态,快速处理故障,同时省去了大量现场按钮及指示灯等易损器件,使布线简化,系统的可靠性大为提高。参考文献〔1〕甘方成.PLC在砌块成型机上的应用〔J〕.电子质量,2008(3:51－53.〔2〕廖常初.S7－200PLC基础教程〔M〕.北京:机械工业出版社,2009.〔3〕蒋翔俊,李吉春,邹爱成.PLC—触摸屏控制在砌块成型机中的应用〔J〕.建筑机械,2006(12:81－83.〔4〕张还,刘学良.PLC和触摸屏技术在砌块砖机控制系统中的应用〔J〕.砌块与墙板,2009(5:23－25.(责任编辑柯爱茹84