基于PLC和HMI的智能排故設(shè)備研制

武彩霞 唐亦敏無錫科技職業(yè)學(xué)院 江蘇無錫 214028

?

基于PLC和HMI的智能排故設(shè)備研制

武彩霞 唐亦敏
無錫科技職業(yè)學(xué)院 江蘇無錫 214028

摘 要：以西門子PLC為控制器，以昆侖通態(tài)觸摸屏為設(shè)置故障的HMI(人機(jī)界面)，實(shí)現(xiàn)了對磨床控制電路的故障設(shè)置。該研究已應(yīng)用于實(shí)踐，設(shè)計(jì)并制作出了智能排故設(shè)備，使用效果良好，設(shè)置故障簡便易學(xué)。該設(shè)備既可應(yīng)用于機(jī)床排故能力的訓(xùn)練，亦可應(yīng)用于觸摸屏技術(shù)、PLC技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)中。該項(xiàng)目已授權(quán)國家應(yīng)用新型專利。

關(guān)鍵詞：PLC；HMI；排故設(shè)備

2015年3月5日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)提出來了“中國制造2025”，要推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)邁向中高端，制造業(yè)是我們的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。在制造業(yè)中設(shè)備維護(hù)是必不可缺的技術(shù)崗位，機(jī)床排故能力則是設(shè)備維護(hù)崗位必備的技能，亦是職業(yè)院校自動化類學(xué)生必備能力。在電氣、機(jī)電專業(yè)的雙證教學(xué)過程中，機(jī)床排故項(xiàng)目作為維修電工考證的必考項(xiàng)目之一，需要考查學(xué)生對于機(jī)床故障的分析與排除能力。而這種能力的培養(yǎng)不僅需要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更需要反復(fù)的實(shí)踐訓(xùn)練。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)購買教學(xué)儀器公司的排故設(shè)備，在設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)維修維護(hù)煩瑣、周期長，會影響訓(xùn)練時(shí)間和效果。因此我們自行研制了此款智能排故設(shè)備，該設(shè)備本文以西門子PLC CPU226為控制器，以昆侖通態(tài)觸摸屏為設(shè)置故障的HMI(人機(jī)界面)，可以方便地實(shí)現(xiàn)對磨床控制電路的故障設(shè)置與恢復(fù)。該設(shè)備既可應(yīng)用于機(jī)床排故能力的訓(xùn)練，亦可應(yīng)用于觸摸屏技術(shù)、PLC技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)中。

1 主要設(shè)備介紹

1.1HMI(人機(jī)界面)

本文選用的HMI(人機(jī)界面)為昆態(tài)通態(tài)公司的TPC7062KX型觸摸屏(如圖1所示)，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心(主頻400 MHz)的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品采用了7 in高亮度TFT液晶顯示屏(分辨率800×480)，四線電阻式觸摸屏(分辨率1 024×1 024)。該觸摸屏具有配置優(yōu)良高清真彩、抗干擾強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

圖1　MCGS觸摸屏的實(shí)物圖

1.2西門子PLC

本文選用的PLC為西門子CPU226CN，24VDC供電的晶體管輸出型。CPU226CN集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13 K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個(gè)獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20 kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。

1.3PLC擴(kuò)展模塊

本設(shè)計(jì)中可以設(shè)置32故障點(diǎn)，均由PLC輸出控制，而CPU226CN只集成了16個(gè)輸出點(diǎn)， 為滿足輸出點(diǎn)的需求，特?cái)U(kuò)展了輸出模塊EM222(8點(diǎn)輸出)兩塊。

2 控制電路

2.1整體框圖(如圖2所示)

圖2　智能排故設(shè)備控制電路框圖

2.2MCGS與PLC的連接(如圖3所示)

圖3　MCGS與PLC的連接圖

2.3仿真磨床控制電路(如圖4所示)

圖4　仿真磨床電氣原理圖

在圖4的仿真磨床的控制電路中設(shè)有K1至K28共計(jì)28個(gè)故障點(diǎn)，在主電路中設(shè)有K29-K32共計(jì)4個(gè)故障點(diǎn)。

2.4PLC輸出控制仿真磨床中故障點(diǎn)

對于仿真磨床的控制電路中所設(shè)的K1至K28，分別由PLC輸出所接的KA1至KA28的常閉觸點(diǎn)來代替。在PLC對應(yīng)輸出不得電時(shí)，對應(yīng)中繼線圈不得電，其常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通，控制電路中對應(yīng)故障點(diǎn)未設(shè)置；反之，當(dāng)PLC對應(yīng)輸出得電時(shí)，對應(yīng)中繼線圈得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，控制電路中對應(yīng)故障點(diǎn)設(shè)置。這里設(shè)置的均為斷路故障。如果想設(shè)置短路故障，則將PLC輸出中繼的常開觸點(diǎn)并聯(lián)在預(yù)設(shè)點(diǎn)上。對于主電路中所設(shè)K29-K32，分別由PLC輸出所接的KA29至KA32間接控制的接觸器KM11-KM14的主觸點(diǎn)來代替。注意這里用中繼的常閉觸點(diǎn)控制對應(yīng)接觸器線圈。

3 程序

MCGS故障設(shè)置界面如圖5所示。

圖5　故障設(shè)置界面

故障設(shè)置按鈕均為開關(guān)型動畫按鈕，設(shè)有“1”和“0”兩個(gè)數(shù)值，分別代表“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)。

表1　MCGS元件與PLC地址對應(yīng)表

PLC程序如圖6所示。

圖6

程序中只要通過傳送指令將M0.0-M3.7對應(yīng)的值傳送給Q0.0-Q3.7中，如此即可實(shí)現(xiàn)通過按動觸摸屏中的按鍵來控制PLC的輸出，從而控制仿真磨床控制電路中的故障點(diǎn)。

4 結(jié)束語

該設(shè)備已研制成功，并應(yīng)用于機(jī)床排故訓(xùn)練中，使用效果良好。今后將此推廣應(yīng)用于其他機(jī)床仿真排故設(shè)備中，并將將此項(xiàng)目應(yīng)用于觸摸屏的教學(xué)和PLC的教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉媛媛,張如萍.電氣控制與PLC[M].北京:中國鐵道出版社,2014.

[2] 李長軍,陳雅華.學(xué)觸摸屏、PLC與變頻器綜合應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

實(shí)驗(yàn)室與實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

The Research of Smart Troubleshooting Equipment which Based on PLC and HMI

Wu Caixia, Tang Yimin
Wuxi Professional and Technology College, Wuxi, 214028, China

Abstract:In this article, the malfunction setting of /grinder control circuit is realized. The controller is PLC. The troubleshooting HMI is MCGS. The Research has been applied in practice. Smart troubleshooting equipment has been designed and made.We can easily set-up faults on this equipmnet. The equipmnet can be used to train troubleshooting ability.It can also be used in study of touch screen and PLC. This project has been authorized national application patent.

Key words:PLC; HMI; troubleshooting equipment

基金項(xiàng)目：無錫科技職業(yè)學(xué)院“智能機(jī)床排故設(shè)備的研制”項(xiàng)目(編號：RG14001)。

作者簡介：武彩霞，碩士，講師，電氣教研室主任。唐亦敏，本科，講師，工程師，實(shí)訓(xùn)中心電氣組組長。

收稿日期：2015-08-27