基于PLC+觸摸屏技術的多通道信號檢測和存儲研究

夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機電職業技術學院(丹東 118000)

基于PLC+觸摸屏技術的多通道信號檢測和存儲研究

夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機電職業技術學院(丹東 118000)

基于MCGS組態軟件和S7-200PLC為控制核心，設計完成一個測試裝置，可以對某敏感元件廠的溫度開關產品進行溫度測試和質量控制。本課題利用MCGS組態軟件對現場工況進行組態，完成現場生產線的動態仿真畫面；利用PLC控制器進行數據采集、處理并與MCGS平臺進行通訊，最終實現對溫度開關進行全面監控；利用MCGS組態軟件的統計功能，對現場數據的進行存儲、并實現數據索引、歷史報表和歷史回放、打印與導出等功能。

S7-200PLC；MCGS組態軟件；數據存儲

近年來,隨著計算機控制技術和PLC控制技術的不斷發展，越來越多的企業將從前的人工操作轉換為計算機控制和自動化生產，自動化程度較大地提高[1]。本課題主要針對丹東鴨綠江敏感元件生產廠，該廠主要生產各種類型的溫度開關，溫度繼電器和溫度傳感器。傳統的產品檢測方式自動化程度較低，并且在產品質量檢測上始終沒有實現自動化設計。本課題設計的48路溫度開關產品試驗控制系統采用觸摸屏技術和MCGS組態技術和PLC控制器，實現了溫度開關的自動化測試。

1 總體構成

本系統控制部分利用S7-200系列PLC作為控制核心，完成對加熱爐內油溫的精確控制的同時，通過I/O口擴展模塊對多路溫度開關的開關量信號進行采集管理；上位機采用昆侖通態TPC7062觸摸屏作為人機界面，完成現場監控、歷史數據的查詢和打印功能；現場控制部分則包括在氣動運動控制系統，油溫控制系統。該系統整機集成性好，無須其它輔助控制。本系統操作方便、智能化高，實現了產品測試系統自動化運行，并且實現了產品質量的可靠控制。

2 MCGS監控系統

工業自動化控制組態軟件MCGS(Monitor and Control Generated System，通用監控系統)是集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出、數據與曲線等諸多強大功能于一身，目前是國內主要的上位機組態監控軟件。該系統支持國內外眾多數據采集與設備輸出，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際問題的方案，在自動化的各個領域起著極其重要的作用[2]。

MCGS監控系統包括組態環境和運行環境兩個部分，用戶所有組態配置過程都在組態環境中進行，它幫助用戶設計和構造自己的應用系統。運行環境是一個獨立的運行系統，它按照組態結果數據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。運行環境必須與組態結果數據庫一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統。

圖1 控制系統構成框圖

3 西門子S7-200系列

SIMATIC S7-200系列是西門子公司20世紀90年代投入市場的小型可編程序控制器，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。CPU由控制器、運算器和寄存器組成，通過數據總線、地址總線和控制總線CPU與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接[3]。

S7-200采用循環掃描方式，一個掃描周期一般包括五個階段:輸入處理、執行程序、處理通訊請求、執

行CPU自診斷測試和寫輸出。

4 MCGS組態界面

用戶窗口是由用戶來定義的、用來構成MCGS圖形界面的窗口。用戶窗口是組成MCGS圖形界面的基本單位，所有的圖形界面都是由一個或多個用戶窗口組合而成的，它的顯示和關閉由各種策略構件和菜單命令來控制[4]。本課題的上位機界面由10個界面組成，分別是主界面、實時顯示、歷史報表、參數設置和其他窗口等，如圖2所示。

圖2 用戶窗口圖

“主界面”是上位機的主要顯示界面，該界面由控制部分，顯示部分、執行過程仿真部分和控制按鈕部分組成。其中控制部分由手動控制和自動控制兩部分重疊顯示，界面由屏幕右側的切換按鈕控制；顯示部分則利用下來菜單顯示出各種產品的型號、產品檢測的批次、每次檢測的48個溫度開關中合格數目和本次的測試溫度；屏幕下方為元件落盤測試的仿真顯示部分，該界面可鏈接到現場環境，監控現場設備的運行，如圖3所示。

圖3 主監控界面

圖4 溫度開關動作溫度和復位溫度監控界面

“實時顯示”界面實時記錄48路溫度開關的動作溫度和復位溫度，用戶可在此界面中監視本次測試的48個溫度開關的狀態、動作溫度和復位溫度，這些數據都具有歷史存儲功能，可存儲在實時數據庫中的動作溫度和復位溫度的數據組中，為顯示歷史表格使用，如圖4所示。

圖5 參數設置監控界面

“參數設置”界面則由溫度設置和產品設置兩部分組成，“溫度設置”用于設置測試油的溫度上限和溫度下限，產品設置則用于設置產品型號以及合格溫度，如圖5所示。

圖6 實時和歷史合格產量曲線顯示界面

圖7 歷史數據表格顯示界面

MCGS組態軟件還提供了實時曲線構件和歷史曲線構件[5]，利用該構件可以關聯相應的油溫，產量等變量，實時顯示這些數據。歷史曲線構件則可以瀏覽歷

史數據，對歷史數據的變化可以很好的體現和描述。實時和歷史合格產量曲線用于顯示每個批次測量的合格產品數和歷史合格產品數，通過歷史曲線可以觀察到，如圖6所示。

MCGS組態軟件可以利用數據庫保存和處理數據，用戶通過歷史報表可以監控過去的一年時間里，該測試系統測試的每一次批溫度開關的狀態，包括型號、合格溫度、合格數和測試時間等。

圖8 溫度控制模塊轉換程序

5 PLC程序設計

圖9 溫度讀取轉換程序

設計采用CPU224XP控制器，主要用于信號控制系統、測試盤下方系統和加熱控制系統。其中溫度控制系統采用PT100熱電阻將溫度信號裝換成4-20mA的模擬量，并傳送到EM231中，EM231處理后變為數字信號送入PLC存儲器中，本程序中設計了一個100ms的中斷程序來讀取當前的溫度值，并進行標度變化送入PID模塊，與預設溫度比較后完成PID運算，運算結果變成PLC標準信號后，經模擬量處理模塊EM23轉換成模擬信號送入溫度控制單元，從而改變加熱棒的加熱速度，在冷卻風扇的作用下，使溫度穩定，完成溫度控制。下圖為溫度控制模塊的轉換程序和溫度讀取程序，如圖8，圖9所示。6結語

(1)MCGS組態軟件設計的監控畫面具有的動態效果，可以模擬工業現場的執行過程，還可以對現場的控制器參數值進行設定和修改，

(2)利用MCGS可監控溫度開關的實時狀態，利用實時曲線、歷史曲線和歷史報表可以觀察出產品的合格率，提高產品質量。

(3)利用S7-200系列PLC可作為現場控制器，采用PLC和MCGS雙重控制的方式，合理分配了現場監控和現場數據采集及控制的任務，發揮各自的優勢，大幅度降低了工程時間和人力物力的消耗。

[1]中泰技術研究所.MCGS組態軟件手冊.[EBOL]http://wenku.baidu.com/view/965db878a26925c52cc5bf ed.html

[2]羅宇航.流行PLC實用程序及設計[M].西安：西安電子科技大學出版社,2006.

[3]SIEMENS(Chinese)LimitedCompanyAutomationand Actuation group.S7-200 English System handbook［DB］.

[4]王永華,宋寅卯,陳玉國,鄭安平.現代電氣控制及PLC應用技術[M]北京:北京航空航天大學出版社,2003,9

[5]袁秀英.組態控制技術[M].北京：電子工業出版社,2003.

(責任編輯：文婷)

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A

1003-3319(2016)04-000015-03

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.04.0015