淺談滑油沖洗試驗器控制系統(tǒng)研制

盧森

（中國航發(fā)貴州黎陽動力，貴州 貴陽 550016）

發(fā)動機零部件的沖洗工作，長期以來采用的是人工模式。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，自動化技術日趨成熟，以減輕勞動者的工作負擔、提高工作效率為目的一些工業(yè)技術，正逐步應用到我們的生產(chǎn)和研制中。本裝置的研制正是在時代需求下的產(chǎn)物。整體的機械構造上，由原來的一路人工沖洗，擴展為五路自動沖洗，并可控制搖臺是否投入，機械設計由專人完成，本次工作完成的是該試驗器的控制系統(tǒng)部分。控制系統(tǒng)的工作壓力、溫度和時間只需按照工藝要求，在觸摸屏上設定好，由控制系統(tǒng)來保證，并自動完成清洗任務。

1 控制模式

控制系統(tǒng)的主構架采用：HMI+PLC+執(zhí)行機構

人機界面：HMI（Human Machine Interface），采用深圳合信（Co-trust）TP10型觸摸屏,使用軟件MagicWorks HMI進行編程。

可編程控制器：PLC（Programmable Logic Controller），采用合信（Co-trust）CPU224+與EM235組合，使用軟件MagicWorks PLC進行編程。

CPU224+為集成數(shù)字量14點輸入，10點輸出，1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊、MPI通訊和自由通訊能力。

EM235為擴展模塊，提供模擬量輸入輸出，12位的A/D轉換器。4路模擬量輸入和1路模擬量輸出，輸入輸出可以為0-10V電壓或是4-20mA電流，由DIP開關設置。

合信PLC是基于西門子S7-200的產(chǎn)品，有自己的特點，軟件除了自己的軟件MagicWorks PLC，也可使用西門子STEP 7 MicroWIN。HMI與PLC通過PPI電纜完成硬件連接，在MagicWorks HMI，完成軟件設置，如圖1。

圖1 HMI連接設置

2 控制過程設計

設計工作包括控制電路設計、PLC編程、HMI編程和整機調試。

2.1 電路設計

電路設計，是整個控制設計的先鋒。完成控制功能是首要目的，使操作簡單智能則是自動控制的高要求。

從控制方式模型的建立，重要功能器件的選擇、采購周期，電器柜器件的安放，到接線端子規(guī)格和屏蔽保護等，都是需要考慮的內容。

本工程設計的電路原理圖由軟件AutoCAD Electrical完成，圖2為其中電路示例中數(shù)字輸出電路：

圖2 數(shù)字輸出電路

2.2 PLC程序編制

PLC作為整個控制的核心部分，需要做的工作很多。

完成上位機與PLC的通訊配置，連接PLC，即可開始編程工作（圖3）。

圖3 PLC通訊設置

通過控制程序的編寫和運行，采集數(shù)字信號和模擬信號，完成外部受控對象的控制以及數(shù)據(jù)的顯示。

編制的部分PLC程序如圖4。

2.3 HMI程序編制

帶觸摸屏功能的HMI，可以節(jié)省大量的控制按鈕，更重要的是，能實時顯示采集的各種重要數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，還可完成歷史資料趨勢顯示、產(chǎn)生報表、警報產(chǎn)生與記錄等諸多功能（圖5）。

圖4 部分PLC程序

圖5 HMI之模擬量設置

根據(jù)需要，本工程通過編程完成的部分功能頁面示例如圖6、7。

圖6 操作頁面

圖7 設定頁面

3 問題處理

調試運行中，遇到諸多意料中的問題，如壓力調節(jié)、模擬量數(shù)值采集失真、現(xiàn)場走線等；同時也遇到一些意料之外的問題，如變頻器干擾、編程和調試不能同時進行等。這些問題，通過相關技術資料和產(chǎn)品服務技術都得到了圓滿解決。

通訊是整個工作的難點，包括上位機與HMI通訊（通訊線與軟件設置）；上位機與PLC的通訊（通訊線與軟件設置）；HMI與PLC的通訊（接口、通訊協(xié)議、通訊方式和電纜）；PLC和各模擬量模塊通訊及數(shù)據(jù)交換，除此，還有如下的問題。

3.1 模擬量的采集和校準

這里涉及模擬量的數(shù)模轉換、數(shù)據(jù)變量的轉換等大量基礎性工作，更有數(shù)據(jù)校準的復雜工作。

本工程采用電流信號。A/D轉換數(shù)學方程：

A0～Am對應4～20mA，D0～Dm對應6400～32000，本工程中，溫度傳感器（-50～100℃）和壓力傳感器（0～1.5Mp）的計算如下：

模擬量輸出控制變頻器：5～50Hz的工作頻率對應變頻器模擬值A0～Am：4～20mA，也對應數(shù)字值D0～Dm：6400～32000，計算式如下：

計算出的數(shù)值，控制變頻器，理想與現(xiàn)實的差距，可以通過變頻器參數(shù)的設置作成調整。

3.2 抗干擾問題

由于變頻器的存在，不可避免地會發(fā)生干擾現(xiàn)象。在不做任何處理的情況下，人機界面甚至出現(xiàn)死機現(xiàn)象。

通過合理安排器件、設計線槽路線、加裝濾波裝置等，完全解決了干擾的問題。另對現(xiàn)場取電做了嚴格的三相五線制要求。

3.3 安全問題

設置用戶登錄界面，避免無關人員的隨意操作。未獲得相應權限，無法對機床進行越權操作，以此保證人員和設備的安全。

4 結語

從設備投放到使用，經(jīng)過大量實踐工作，現(xiàn)場反饋信息良好。

由于HMI+PLC的靈活配置，保證了該設備的延伸功能。如果用戶需要，還可通過版本升級，來完成更多實際需要的工作。