基于觸摸屏PLC一體機的空壓機組控制系統設計

王雄

摘要：空壓機組是一個由多臺空壓機、PLC電氣系統等組成的復雜工業集成系統，該類系統具備空壓機自動運行和停機功能，動作復雜且具有嚴格的先后邏輯關系。現基于目前市場上經濟、便捷的觸摸屏PLC一體機進行空壓機組控制系統的設計，從現場實際需求出發，對3臺空壓機進行邏輯梳理和設計，從而實現自動控制，保證空壓機組在實際運行過程中動作順暢、性能穩定、可靠性高。

關鍵詞：空壓機組;控制系統;觸摸屏PLC一體機

0 ? ?引言

觸摸屏PLC一體機作為工業自動化領域的三大支柱之一，具有編程調試方便、穩定可靠的優點，其在工業領域的應用越來越廣泛。福建農林大學的彭亞楠等人[1]，運用觸摸屏PLC一體機設計的太陽能熱水控制系統，其運行穩定，操作方便明了，能很好地滿足使用者的要求，同時具有良好的經濟效益。廣西廣播電視技術中心北海分中心的陳冠強等人[2]，基于觸摸屏PLC一體機設計了發電機主備蓄電池智能測評及轉換裝置，該系統在運行的一年多時間中，操作方便，工作穩定可靠，能避免蓄電池故障導致發電機不能正常啟動的問題，確保了廣播電視安全播出。天津農學院的何建祥[3]，基于觸摸屏PLC一體機設計了潮汐模擬發電裝置，外觀簡潔，有科技感，并且觸摸屏的操作十分直觀、方便，減少了人工工作量。綜上可以發現，該技術在眾多領域運用已經非常成熟，并且取得了較好的使用效果，也積累了大量寶貴的經驗，不過該種方法在空壓機組的應用上目前處于空白狀態。

當前，制造業中生產設備的使用幾乎都需要利用壓縮空氣進行驅動，壓縮空氣是除了電源之外的被公認為第二大的動力能源[4]，且目前大部分企業都會配置多臺空壓機，其獨立控制和運行產生了大量的運營成本浪費，所以，設計一套空壓機組控制系統具有重要的現實意義。同時，該項設計研究，可以為未來類似空壓機組的控制改善提供實際經驗和案例。

1 ? ?設計背景和需求

A公司是一家專業從事五金零配件研發、生產、銷售和服務的制造型企業，參與制訂了行業標準并作為行業表率，發展勢頭和前景良好，但因同行企業數量眾多，市場競爭非常激烈，成本優勢成為未來企業立足行業發展的重要因素。在A公司的年度成本分析中，3臺空壓機用電成本占總用電成本的20%。降低空壓機用電成本可以有效降低營運成本，提升企業產品成本優勢，讓企業獲得更好的發展。

本次設計是針對3臺單獨的空壓機，白天是正常生產時間，所以開啟的數量是2臺，晚上因為只有一小部分人加班，所以開啟的數量是1臺。設計時，3臺中任意2臺可以開啟組合，使其組成1個空壓機組，有單獨的統一控制方式，以此達到分時段控制空壓機啟動的數量、合理供氣、減少設備使用成本的目的。在設計時，需要同時考慮現場管道的長度、直徑、流程，空壓機房和管道的布局走向尺寸，未來控制系統和設備的操作可行性等一系列問題。

本文研究的是基于觸摸屏PLC一體機的空壓機組控制系統的問題，故僅針對觸摸屏PLC一體機部分做擴展設計說明。空壓機組控制的設計使用觸摸屏PLC一體機作為系統主要的載體，是整個系統的核心和關鍵所在，在對比功能需求和使用成本后，本次研究項目選擇中達優控A型5寸24MR-FX型號的觸摸屏PLC一體機來進行系統控制。下文將對設計要點進行詳細說明。

2 ? ?設計要點

2.1 ? ?系統硬件設計

本文設計的空壓機組控制系統由中達優控觸摸屏PLC一體機A型5寸24MR-FX、臺灣明緯開關電源LRS-100-24、IFM易福門壓力傳感器PN7000、正泰繼電器JZX-22F（D）/

3Z、坤雄牌電動球閥DN65等部分組成，空壓機組控制系統結構圖和硬件結構圖如圖1、圖2所示。

PLC梯形圖編寫后通過數據線連接，實現與一體機的數據傳送互聯。觸摸屏PLC一體機的開關量輸入為電動閥信號、急停開關和壓力傳感器;繼電器輸出信號控制電動閥和各臺空壓機的開關。GX Developer為三菱PLC的編程軟件[5]，具有程序開發、維護、參數設定、在線監控、診斷等功能。要安裝這個軟件，先要打開GX編程軟件MELSOFT＼

Enamel里的環境包，打開GX Developer里的SETUP.EXE安裝文件，開始安裝，中間會要求輸入ID序列號，安裝時關閉殺毒軟件，完成后再打開。安裝完成后打開編程軟件進行梯形圖編寫與測試，輸入/輸出端口分配如表1、表2所示。

2.2 ? ?系統軟件設計

本文設計的控制系統主要分為兩層，第一層是控制層，包括上傳好程序的觸摸屏;第二層是現場層，現場層主要包含壓力傳感器和電動閥控制的空壓機組，根據程序設定的規則進行管道開關的切換和空壓機啟停控制。

YK Builder是一款觸摸屏編程軟件，使用這款軟件能夠快速進行編輯，并且這款軟件支持按鈕以及流動塊的添加，操作方法十分簡單。

YK Builder提供了強大的編程功能：可以幫助用戶進行觸摸屏設計，可以對控制設備建立通信方案，可以將設備的全部控制內容輸入到編輯，支持將邏輯控制設備的系統放到軟件上編程，支持功能按鈕、流動塊、圖片顯示，可以選擇GIF動畫、動態圓、動態矩形等形狀。其編程方式非常簡單，軟件將需要的控件排列出來，例如可以在觸摸屏選擇圖片移動、消息顯示、XY趨勢圖等，也支持在軟件上編輯儀表、多功能鍵、歷史報警等功能。

觸摸屏HMI編程軟件使用全中文編輯軟件You Kong_

Soft V3.0，編輯方便簡單，支持撤銷、重做、鼠標框選、跨各類工程的復制和粘貼;程序空間共計16 000步，不用電池記憶，無須維護;支持字體選擇功能，寄存器數字、文本漢字顯示都可自由選擇字體;指示燈ON/OFF圖畫可以更換成任意圖畫;支持多種格式圖畫文件，動態圖畫功能可實現256幅圖畫切換顯示等等。本次設計過程中，主頁界面布置了自動控制、手動控制、檢修控制和參數設定界面。