基于PLC和觸摸屏的口罩耳帶點焊機監控系統設計

摘 要：以口罩耳帶點焊機為設計基礎，利用觸摸屏增加了監控系統，對該設備進行了改造。改造后的口罩耳帶點焊機實現了生產界面的可視化，便于工人在生產過程中通過觸摸屏界面發現問題，及時檢修，提高了設備運行的穩定性，節約了生產時間成本，具有較高的應用價值。

關鍵詞：口罩耳帶點焊機;PLC;觸摸屏;監控系統

中圖分類號：TG43;TP273" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）04-0052-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.04.013

0" " 引言

疫情期間，口罩成了人們日常生活的必需品，口罩生產設備也大量涌入市場。口罩機用于將多層無紡布通過熱壓、折疊成型、超聲波焊接、廢料切除、耳帶鼻梁條焊接等工序制造出具有一定過濾性的各種口罩。口罩的制造過程中主要通過熱壓的方式固定掛耳繩。口罩耳帶點焊機在企業的生產線上是臺獨立的機器，它的任務就是通過熱壓的方式固定好口罩的掛耳繩。生產過程中口罩耳帶的焊接是兩側同時進行的，本文以制作一側焊接的監控界面為例，介紹其實施過程。

1" " 口罩耳帶點焊機控制要求分析

初始狀態，抓手在離耳帶入料端18 cm處停止（18 cm為耳帶長度），抓手在傳送帶上方，微波加熱頭上升到位。按下“啟動”按鈕，物流檢測傳感器檢測到傳送帶上有口罩，抓手伸出到耳帶入料端，夾緊耳帶，縮回到初始位置;旋轉手爪1和旋轉手爪2從傳送帶端旋轉到耳帶端，然后夾緊耳帶兩端;剪刀剪斷耳帶（延時2 s），抓手放松，不再夾緊耳帶;旋轉手爪1、旋轉手爪2回旋，把耳帶放到傳送帶上口罩耳帶焊接處，微波加熱頭下降，對耳帶進行焊接（焊接時間2 s），這樣就完成了一個工作流程，如此循環往復。工作工程中遇到意外按下“停止”按鈕可以停止工作。

2" " 觸摸屏工程創建

為了能直觀地觀察到口罩耳帶點焊機的動作流程，設計出簡單有效的人機交互界面，有利于對設備進行調試和運行監控[1]。

2.1" " 創建界面

通過MCGS組態軟件，分別創建圖1主窗口、圖2命令窗口、圖3監控窗口、圖4黑屏窗口四個用戶窗口。

圖1是主窗口界面，界面中有密碼輸入框和“確定” “進入命令界面” “進入監控界面”三個按鈕，只要在密碼輸入框輸入預先設置好的密碼123，點擊“確定”就會彈出“密碼正確！請選擇需要進入的界面”，這時候點擊“進入命令界面”或“進入監控界面”兩個按鈕中的任一個按鈕就會跳轉到相應窗口界面。圖2是命令窗口界面，圖3是監控窗口界面，這兩個界面上均有“返回”按鈕，按下“返回”按鈕可以從當前界面返回到主窗口界面。命令窗口界面中的“啟動”按鈕可以啟動口罩耳帶點焊機程序開始運行，“停止”按鈕按下后執行完當前工作流程后停止運行。監控窗口界面上的運行指示燈會在程序執行到當前步時亮起來，其他指示燈不亮。圖3顯示的是設備完成初始化S0步時，對應的指示燈點亮。

如果在密碼輸入框輸入的密碼不是123，點擊“確定”就會彈出“密碼錯誤！請重新輸入！”提示需要重新輸入密碼。如果輸入密碼錯誤達到3次，就會跳轉到圖4黑屏界面。此時無法做任何操作，需要重啟觸摸屏后才能重新進入輸入密碼的流程。

2.2" " 創建實時數據庫

要實現PLC對觸摸屏的控制，最重要的是建立兩者對應的實時數據庫[2]。數據類型有開關、數值、字符、事件、組對象五種[3]，選擇時要根據實際使用選擇合適的數據類型，其他一般選擇默認。該監控系統只需選擇開關型和數值型數據就可以了，如圖5所示。其中s0～s8是監控界面中9個燈對應的數據;數據庫“錯誤次數”關聯記錄輸入密碼錯誤的次數;“錯誤提示”關聯“密碼錯誤！請重新輸入！”;“監控”關聯“進入監控界面”按鈕;“密碼”關聯輸入框，用于記錄密碼狀態數據;“命令”關聯進入“命令界面按鈕”;“啟動”和“停止”關聯口罩耳帶點焊機系統的啟動及停止;“正確提示”關聯“密碼正確！請選擇需要進入的界面”。這些是實時數據庫中的量，必須與對應的構件關聯，否則無法運行。

實時數據庫新建完成后，則進入設備窗口，在設備窗口中建立通用串口父設備和設備0（三菱-FX系列編程口），在設備0（三菱-FX系列編程口）中通過增加設備通道建立PLC的輸入/輸出量，并將觸摸屏中需要關聯的實時數據庫中的數據與剛才通過增加設備通道建立的PLC輸入/輸出量進行關聯。實際就是建立PLC和觸摸屏間的數據通信，讓觸摸屏數據和PLC數據實現關聯，以起到監視、控制PLC的作用[4]。要注意在設置設備的屬性時設備型號與實際使用的PLC型號必須一致，否則無法通信。

2.3" " 用戶窗口屬性設置

2.3.1" " 主窗口屬性設置

首先將用戶窗口中的主窗口設置為啟動窗口，雙擊主窗口，在“用戶窗口屬性”中選擇“啟動腳本”。在“啟動腳本”中輸入“正確提示=0，錯誤提示=0，錯誤次數=0”，其目的是進入到主窗口界面時先將以上三個數據賦值為0。

2.3.2" " 命令窗口屬性設置

該窗口中只需對“返回”按鈕進行關聯。雙擊“返回”按鈕，在“標準按鈕構建屬性設置”中選擇“操作屬性”，勾選“打開用戶窗口”，在下拉菜單中選擇“主窗口”即可。

2.3.3" " 監控窗口屬性設置

該窗口中也是只需對“返回”按鈕進行關聯，操作流程和命令窗口中的“返回”按鈕設置一致。

2.3.4" " 黑屏窗口屬性設置

該窗口只要設置窗口屬性，在“用戶窗口屬性設置”中選擇“基本屬性”，將“窗口背景”選為黑色即可。

2.4" " 運行策略窗口編輯

運行策略的建立，能使系統按照設定的順序和條件，操作實時數據庫，控制用戶窗口的打開、關閉及設備構件的工作狀態，從而實現精確控制及有序調度管理系統工作過程的目的。本監控系統需要建立4個策略，下面逐一敘述。

在運行策略窗口新建一個事件策略，自動命名為策略1，在“策略屬性設置”中“關聯數據對象”選擇實時數據庫中的“確定”，“事件的內容”選擇“數據對象的值正跳變時，執行一次”。其輸入的腳本程序為：

if 密碼=123" then

正確提示=1

錯誤提示=0

錯誤次數=0

else

錯誤次數=錯誤次數+1

正確提示=0

錯誤提示=1

endif

if" 錯誤次數gt;=3" then

用戶窗口.黑屏.open（ ）

endif

此策略的功能是輸入框中輸入數字后，按下“確定”鍵，策略條件滿足，執行一次策略中腳本，判斷輸入密碼是否正確，并按照條件顯示正確提示或錯誤提示。如果“確定”按下3次，密碼錯誤3次時會跳轉到用戶窗口中的黑屏窗口。

在策略運行窗口繼續新建一個事件策略，自動命名為策略2，“關聯數據對象”選擇實時數據庫中的“錯誤提示”，“事件的內容”選擇“數據對象的值正跳變時，執行一次”，并選擇延時1 000 ms。其輸入的腳本程序為：

錯誤提示=0

此策略的功能是錯誤顯示=1時，滿足策略2執行一次條件，目的是“密碼錯誤！請重新輸入！”，主窗口界面彈出1 s后自動消失。

在策略運行窗口再新建一個事件策略，自動命名為策略3，“關聯數據對象”選擇實時數據庫中的“命令”，“事件的內容”選擇“數據對象的值正跳變時，執行一次”。其輸入的腳本程序為：

if 正確提示=1" then

用戶窗口.命令窗口.open（ ）

endif

此策略的功能是主窗口界面輸入正確密碼，提示“密碼正確！請選擇需要進入的界面”，并且點擊“進入命令界面”后滿足策略執行一次條件，就會自動跳轉進入命令窗口界面。

在策略運行窗口最后新建一個事件策略，自動命名為策略4，“關聯數據對象”選擇實時數據庫中的“監控”，“事件的內容”選擇“數據對象的值正跳變時，執行一次”。其輸入的腳本程序：

if 正確提示=1" then

用戶窗口.監控窗口.open（ ）

endif

此策略的功能是主窗口界面輸入正確密碼，提示“密碼正確！請選擇需要進入的界面”，并且點擊“進入監控界面”后滿足策略執行一次條件，就會自動跳轉進入監控窗口界面。

2.5" " 建立觸摸屏與PLC通信

觸摸屏與PLC的連接如果采用編程口通信不需要設置參數，連上就可以使用[5]。注意通信線應遠離220 V電源線，避免受干擾，導致通信出現故障。

3" " 設備調試

連接好計算機和觸摸屏通信后，下載觸摸屏程序，對觸摸屏進行調試。觀察輸入密碼后能否進入觸摸屏界面，觸摸屏的相應界面之間是否能自由切換，按下“啟動”按鈕設備是否正常工作，設備執行到當前步時指示燈是否正常點亮，按下“停止”按鈕設備是否停止工作。

4" " 結束語

本文介紹了PLC和觸摸屏控制的口罩耳帶點焊機監控系統的設計，涵蓋了PLC控制技術、觸摸屏監控技術，實現了生產界面的可視化，便于工人在生產過程中通過觸摸屏界面發現問題，及時檢修，提高了設備運行的穩定性，節約了生產時間成本，具有較高的應用價值。

[參考文獻]

[1] 張洪雙，史中權，樓力律.基于PLC和觸摸屏的便攜式電機控制實驗臺[J].實驗室科學，2022，25（4）：77-80.

[2] 高斌斌.PLC和觸摸屏在礦井提升機信號系統中的應用[J].工業控制計算機，2022，35（11）：41-42.

[3] 任俊杰，李媛.基于PLC和串口通信的壓力儀表自動調試系統設計[J].制造業自動化，2022，44（10）：88-91.

[4] 陶權，莫英付，李志.一種基于PLC和觸摸屏的隧道式消毒機控制系統[J].中國科技信息，2022（14）：131-133.

[5] 焦玉成，王正浩，陳瑞，等.基于PLC與觸摸屏的變壓器組投切監控系統[J].現代信息科技，2023，7（11）：56-60.

收稿日期：2023-10-07

作者簡介：楊常秀（1982—），男，廣西賀州人，講師，研究方向：電氣自動化。

劉琛森（1981—），女，廣西賀州人，講師，研究方向：電氣自動化。