基于PLC控制的檢漏儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

顧中杰

【摘 要】基于PLC控制的檢漏儀系統(tǒng)主要控制零件夾具的機(jī)械動作以及和檢漏儀、人機(jī)界面之間的交互。該系統(tǒng)使用三菱FX系列PLC，GT系列人機(jī)界面，使用步進(jìn)指令進(jìn)行編程，根據(jù)控制要求完成PLC程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。人機(jī)界面可視化氣缸動作，顯示了檢測結(jié)果，具有直觀性和可操作性。

【關(guān)鍵詞】PLC;步進(jìn)指令;人機(jī)界面

中圖分類號： TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）13-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.009

Design of leak Detector System Based on PLC Control

GU Zhong-jie

（Shuiguang precision parts manufacturing〈Shanghai〉co.，LTD.，Shanghai 201906，China）

【Abstract】The equipment control the mechanical movement of the part fixture by PLC control.The system is programmed using stepping instructions.The human-machine interface is intuitive and maneuverable.

【Key words】PLC; Step instruction; Man-machine interface

許多汽車上的精密零部件需要進(jìn)行氣密性檢測，經(jīng)檢測合格之后才能用于安裝。基于PLC控制的檢漏儀設(shè)備可以在此方面進(jìn)行應(yīng)用，本文介紹該設(shè)備的設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)包括了硬件和軟件兩個(gè)方面，硬件設(shè)計(jì)包括了相關(guān)電路圖的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括了PLC的編程以及人機(jī)界面的編程，設(shè)計(jì)方案需要解決以下三個(gè)問題：

（1）需要準(zhǔn)確地對氣缸動作進(jìn)行捕捉，為此采用電磁式結(jié)構(gòu)的傳感器型接近開關(guān)，它工作時(shí)不需外加電源，利用電磁感應(yīng)的原理，將感應(yīng)到的氣缸運(yùn)動轉(zhuǎn)換成磁電式傳感器中的感應(yīng)電動勢輸出，是一種有源傳感器，精度也較高。

（2）檢漏儀設(shè)備輸入與PLC的輸出無法達(dá)到電氣要求上的統(tǒng)一，本設(shè)備使用的三菱PLC為晶體管輸出，其輸出端為低電平輸出。而本設(shè)備使用的檢漏儀設(shè)備的輸入為高電平。為了達(dá)到電氣上的統(tǒng)一，必須將檢漏儀的低電平輸出轉(zhuǎn)化為高電平。基于本公司的所原有條件，以及其他方面的考慮，我使用了在控制電路中加裝了一套中間繼電器控制電路的方法，使得該目的得以達(dá)成，相關(guān)電路如圖所示。

（3）人機(jī)界面與PLC的交互，本機(jī)使用的PLC和人機(jī)界面皆是三菱公司生產(chǎn)的，可以直接連接。在人機(jī)界面上的可視化顯示，利用AUTOCAD這一軟件，畫一幅簡易的零部件效果圖以及氣缸的簡圖，利用AUTOCAD中的3D建模功能，使得整個(gè)圖有了立體感，更加地直觀，將該圖插入在人機(jī)界面上，作為整個(gè)動態(tài)的底圖。

繼續(xù)畫出氣缸的活塞簡圖，在人機(jī)界面上設(shè)置多處限位，利用人機(jī)界面中的讀取軟元件ON和OFF兩種狀態(tài)下的不同顯示，將定義為了運(yùn)動零部件的活塞簡圖顯示在屏幕上的不同位置，使得其能夠看上去像是在運(yùn)動一般。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PLC控制的檢漏儀設(shè)備的主電路部分包括斷路器、主接觸器、開關(guān)電源、三菱FX3N-30MTPLC、GT1155觸摸屏、福田FL-296檢漏儀組成。

除了主電路以及PLC外圍電路之外，主要電路還有福田FL-296與PLC的連接圖，福田FL-296共有38個(gè)端口，其中有四個(gè)端口連接至PLC的X端口，兩個(gè)端口連接至中間繼電器上，各個(gè)公共端口連接至開關(guān)電源的0V電源，其他端口掛空。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的核心是PLC編程，本次編程利用PLC的步進(jìn)指令進(jìn)行編程，步進(jìn)指令主要用于編制復(fù)雜的且具有順控的程序，它類似于順序功能圖SFC語言的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它比梯形圖更為直觀，也使得編程更為地簡便。

3.1 繪制流程圖

流程圖是一種圖形，用來描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能及特性的，其主要組成有步、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移條件、線段和命令，根據(jù)控制要求本系統(tǒng)的流程圖見圖。

3.2 繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

由流程圖轉(zhuǎn)換畫出相對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖也是流程圖的一種，它是用狀態(tài)繼電器描述的，狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本要素，是PLC的內(nèi)部軟元件之一。

流程圖中的每一個(gè)工序都可用一個(gè)狀態(tài)元件來表示，工序中的每一個(gè)命令都對應(yīng)一個(gè)輸出，每一個(gè)轉(zhuǎn)移條件都對應(yīng)一個(gè)輸入，將其一一對應(yīng)之后就是所需的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖了。

3.3 PLC軟件編程

本系統(tǒng)使用的編程軟件為GX Works2，該軟件是專為三菱各系列PLC進(jìn)行編程的軟件，新建一個(gè)文件選擇好PLC型號后，可直接選擇使用SFC語言進(jìn)行編程。用SFC語言為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖進(jìn)行編程，比梯形圖更加地直觀、方便。編寫轉(zhuǎn)移條件時(shí)，最后的輸出應(yīng)為TRAN，該指令是SFC轉(zhuǎn)移開始的指令。

3.4 與人機(jī)界面及檢漏儀的交互

與人機(jī)界面的交互，人機(jī)界面共編寫了九個(gè)畫面，分別是主菜單、狀態(tài)顯示、I/O監(jiān)視、異常畫面1、手動操作、設(shè)定按鈕、其他設(shè)定、使用說明、異常畫面2。其中主要與PLC進(jìn)行交互的是手動操作畫面，將人機(jī)界面上的各手動按鈕所讀取的軟元件信號設(shè)置成PLC內(nèi)的中間繼電器M，在PLC中編寫相對應(yīng)的功能，如手動氣缸1動作，就可以將該按鈕的讀取軟元件信號設(shè)置為M11，在PLC中編寫一條指令，令M11為ON時(shí)氣缸1動作，當(dāng)然該工作必須在手動狀態(tài)下進(jìn)行，所以還要另外串一條手動旋鈕的輸入信號，其他手動按鈕也按此法編寫。

與檢漏儀的交互主要是在外圍的電路之上，檢漏儀的輸出接PLC的輸入，檢漏儀的輸入接PLC的輸出，檢漏儀得到相對應(yīng)的輸入之后檢漏儀內(nèi)部會有相應(yīng)的程序進(jìn)行動作，這些程序在儀器出場之時(shí)已經(jīng)編寫完成無需另外編寫，只需要修改參數(shù)即可。

4 系統(tǒng)調(diào)試

GX Works2本身就有模擬功能，無需再額外添加另外的程序進(jìn)行模擬。點(diǎn)擊模擬開始，便可以開始進(jìn)行。由于沒有相對應(yīng)的電氣信號，在監(jiān)控模式之下點(diǎn)擊相對應(yīng)的輸入，右擊找到調(diào)試，當(dāng)前值更改，更改信號的當(dāng)前值，可以更改成ON，OFF兩種信號，根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)擊狀態(tài)，觀察軟件運(yùn)行正常與否，是否有問題。

人機(jī)界面的編程軟件GT Ddesigner3也可以與GX Works2進(jìn)行模擬連接，打開編寫好的人機(jī)界面文件，在模擬器設(shè)置中的連接方法選擇GX Simulator2，點(diǎn)擊模擬器啟動，便可與GX Works2的模擬器相連接。點(diǎn)擊人機(jī)界面上手動畫面上的各個(gè)按鈕，觀察PLC程序中相對應(yīng)的點(diǎn)導(dǎo)通與否，同時(shí)觀察相對應(yīng)的動作正確與否。

在模擬后確認(rèn)程序無誤之后，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行電氣安裝，將PLC程序、人機(jī)界面程序?qū)懭霗C(jī)器中，再進(jìn)行最后的整機(jī)測試，觀察氣缸的機(jī)械動作，檢漏儀的動作是否正常無誤，是否還要增加之前沒有考慮到的互鎖，自鎖等條件，再對程序最后進(jìn)行小范圍的修改，確認(rèn)無誤之后整個(gè)機(jī)器便算徹底完工了。

5 結(jié)束語

此設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分，硬件上利用了三菱FX3N-30MTPLC作為控制，采用電磁式結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行氣缸動作的檢測與轉(zhuǎn)換，將產(chǎn)生的信號送入PLC輸入端;通過該信號的讀取來判斷氣缸所處的位置從而對氣缸進(jìn)行動作控制，當(dāng)三個(gè)氣缸都達(dá)到壓緊位置后檢漏儀動作進(jìn)行充氣，然后檢測漏氣量，當(dāng)漏氣量符合規(guī)定后，氣缸依次退回原位，人機(jī)界面之上進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。軟件采用GX Works2軟件建立SFC工程項(xiàng)目編寫SFC，采用GT Ddesigner3軟件編寫人機(jī)界面程序。PLC編程中采用了步進(jìn)指令進(jìn)行編程，比梯形圖更為直觀，更為地簡便，具有較好的可移植性，當(dāng)其他產(chǎn)品需要相同的檢漏儀設(shè)備時(shí)，即便氣缸動作有所更改，只要小范圍地更改氣缸動作便可以使用，該設(shè)備現(xiàn)已投入使用。

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