李思洪

（淮海技師學(xué)院，江蘇宿遷，223800）

0 引言

雖著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們?cè)絹碓揭蕾囉谧詣?dòng)化，尤其在危險(xiǎn)的工作場(chǎng)合。危險(xiǎn)液體經(jīng)常應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，因?yàn)樗陨淼囊兹夹?、易爆性和腐蝕性，迫切需要借助自動(dòng)化控制?？捎蒔LC實(shí)現(xiàn)液體上料的自動(dòng)化控制。觸摸屏具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、修改參數(shù)靈活、報(bào)警顯示和易學(xué)易用等特點(diǎn)，與PLC 控制結(jié)合，使得操作更加方便，運(yùn)行可視化，大大降低了操作的風(fēng)險(xiǎn)。本文以自動(dòng)化的液體送料設(shè)計(jì)為載體，利用PLC和 觸摸屏技術(shù)，使得生產(chǎn)過程更加透明、安全和方便，減小勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，為實(shí)際生產(chǎn)和教育教學(xué)提供參考。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)以觸摸屏為上位機(jī)，PLC為控制中心，以液位傳感器作為液位測(cè)量裝置，電磁閥作為控制對(duì)象。液體存儲(chǔ)器設(shè)置上限位和下限位，到達(dá)下限位時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，提示添加液體。在觸摸屏中操作模式有自動(dòng)添加和手動(dòng)添加兩種，也可由實(shí)物開關(guān)開啟上料過程，添加到上限位時(shí)，停止添加。觸摸屏能實(shí)時(shí)顯示液體的高度，以實(shí)現(xiàn)可視化和實(shí)時(shí)監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 液位系統(tǒng)的控制圖

2 系統(tǒng)元器件選擇與設(shè)置

2.1 控制器

本系統(tǒng)的控制單元選用三菱FX3U—32MR，F(xiàn)X3U系列三菱PLC是第三代緊湊型微型可編程控制器，運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳輸速度快，在單機(jī)設(shè)備控制中使用率較高，性價(jià)比較高。32位的輸入輸出點(diǎn)數(shù)能滿足教學(xué)使用，性價(jià)比較高。FX3U梯形圖編程簡單易學(xué)，適合初學(xué)PLC 的中職學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握。

2.2 擴(kuò)展模塊

FX3U系列PLC不提供模擬量的輸入端口，因此需要一個(gè)擴(kuò)展模塊做為液位傳感器信號(hào)的處理器。為了適用教學(xué)的多樣性，選用特殊擴(kuò)展模塊FX3U—3A—ADP，它有兩個(gè)輸入端（電壓信號(hào)輸入、電流信號(hào)輸入），一個(gè)輸出端（模擬信號(hào)輸出），最大分辨率為12位。接受0～10V直流電壓輸入信號(hào)和4～20mA的直流電流輸如信號(hào)。通道的A/D轉(zhuǎn)換值被自動(dòng)寫入FX 3U 可編程控制器的特殊數(shù)據(jù)寄存器中，數(shù)據(jù)讀寫指令較為簡單。本設(shè)計(jì)用到的A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 模擬量輸入、數(shù)字量輸出轉(zhuǎn)換關(guān)系

2.3 液位傳感器

液位傳感器是測(cè)量液體的高度的元器件,大多數(shù)液位傳感器為壓力傳感器，經(jīng)過壓敏傳感元件，把液體壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過補(bǔ)償、修正，轉(zhuǎn)化成可測(cè)量的電信號(hào)（一般為 4～20mA/0～5VDC）。

液位傳感器分為二大類，接觸式和非接觸式。接觸式液位傳感器利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位，它可以測(cè)量各種介質(zhì)的液位。它結(jié)構(gòu)精巧、調(diào)校簡單、安裝靈活，非常方便用戶使用?？奢敵龅碾娦庞?～20mA、 0～5V、 0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，給使用者多種形式的選擇。 利用特殊的密封技術(shù)，既能保證傳感器的安全性，又可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。非接觸式傳感器采用聲波的方式測(cè)量，利用聲波的發(fā)射與接收來計(jì)算液體高度，不與液體相接觸，測(cè)量精度較高。

本任務(wù)選用選用3151智能壓力變送器，3151 差壓變送器用于測(cè)量液體、氣體、蒸汽的的液位、密度和壓力，把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成 4～20mA DC 的電流信號(hào)輸出，與FX3U—3A—ADP模塊的輸入電流相符。它還可以與計(jì)算機(jī)相互通訊，通過它進(jìn)行設(shè)定、監(jiān)控等。可根據(jù)實(shí)地需要，選擇耐高溫、耐腐蝕的隔離膜片材料。在應(yīng)用此液位傳感時(shí)，不同的液體對(duì)應(yīng)的壓力值不同。在接入控制系統(tǒng)后，要用液體測(cè)試，找出電流值的輸出與液位高度的關(guān)系。

2.4 觸摸屏

觸摸屏作為一種簡單、方便的人機(jī)交互方式，為各種控制提供了友好的人機(jī)界面，在生產(chǎn)生活中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，觸摸屏既能作為輸入設(shè)備，輸入指令和參數(shù)，控制PLC運(yùn)行，又能作為輸入設(shè)備，顯示生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能發(fā)出聲光的警報(bào)信息。由于它簡便的操作和豐富的畫面，使用領(lǐng)域越來越廣闊。

本任務(wù)選用昆侖通態(tài)TPC7062KX，是一款嵌入式一體化的7英寸高亮度TFT液晶顯示觸摸屏，它低功耗、高性能、而且具備強(qiáng)大的圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能。它的組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，畫面美觀，圖庫豐富，操作簡單、方便學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

3 系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，F(xiàn)X3U—32MR型PLC作為控制的核心。液體加料分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。自動(dòng)模式為檢測(cè)到液體不足時(shí)，自動(dòng)加料；手動(dòng)模式由觸摸屏中的按鈕控制和手動(dòng)按鈕控制，方便遠(yuǎn)、近距離的控制，到達(dá)液體的上限為時(shí)自動(dòng)停止。PLC的輸出控制上液電磁閥動(dòng)作，為容器補(bǔ)充液體。當(dāng)液體低于警戒線，上液電磁閥沒有動(dòng)作，報(bào)警器響。本次設(shè)計(jì)，主要依靠觸摸屏的控制，因此輸入端只有手動(dòng)上料按鈕開關(guān)的地址輸入，為PLC節(jié)省了大量的輸入端口。根據(jù)要求，PLC控制加料電磁閥的開與關(guān)，報(bào)警器由觸摸屏元件提供。地址分配如表1所示。

表1 地址分配表

根據(jù)任務(wù)要求，控制方式有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種，自動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加料，方便晚上繼續(xù)工作，減少人力要求；手動(dòng)模式在觸摸屏按鈕和實(shí)物按鈕的控制下實(shí)現(xiàn)加料功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制?？刂屏鞒倘鐖D3所示。

特殊模塊FX3U—3A—ADP接受液位傳感器的電流信號(hào)，把電信信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并存入FX3U—32MR型PLC的特殊數(shù)據(jù)寄存器中，梯形圖的程序如圖4所示。

圖4 FX3U—3A—ADP特殊擴(kuò)展模塊讀取數(shù)字

特殊數(shù)據(jù)寄存器存儲(chǔ)液位傳感器的電流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)在D8260中是以數(shù)字形式呈現(xiàn)的。DIV指令把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為我們?nèi)菀桌斫獾囊何恍盘?hào)，并存儲(chǔ)在寄存器D0中。K32不是一個(gè)確定的常數(shù)，要根據(jù)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，模擬量再轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的液體高度，液體的密度不同，液體對(duì)應(yīng)的高度也不相同。

4 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，對(duì)觸摸屏進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置界面如圖5所示。對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行屬性設(shè)置，已達(dá)到控制的要求。

圖5 觸摸屏控制畫面

圖5中，報(bào)警指示只能滿足于視覺要求，要發(fā)出警報(bào)聲音，需要調(diào)用MCGS系統(tǒng)中的函數(shù)Beep()

5 調(diào)試與應(yīng)用

在調(diào)試之前，需要檢查電氣線路的連接。傳感器與擴(kuò)展模塊的連接，擴(kuò)展模塊與PLC本體的連接，觸摸屏中各元器件參數(shù)的設(shè)置是否準(zhǔn)備。利用監(jiān)控模式，檢查傳感器中的數(shù)據(jù)是否能正常傳送至D8262特殊寄存器中。調(diào)試階段，要找出傳感器的模擬量與液位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以確定輸出數(shù)字量與液位之間的關(guān)系。檢驗(yàn)兩種工作模式（自動(dòng)和手動(dòng)），在開始后，進(jìn)行觸摸屏、PLC的聯(lián)合操作，看是否符合要求。

調(diào)試成功后，聯(lián)機(jī)運(yùn)行。液位處于最低限位及以上時(shí)，電磁閥不進(jìn)行加料動(dòng)作；液位處于最低限位及以下時(shí)，分為兩種情況，自動(dòng)模式下，沒有聲光的提醒，自動(dòng)加料至最高限位；在手動(dòng)模式時(shí)，有聲光提示，可以進(jìn)行觸摸屏按鈕或者實(shí)物按鈕的加料動(dòng)作，電磁閥打開后，可以一直加料至最高限位，然后停止。

6 結(jié)語

本文主要站在教學(xué)的角度上，模擬工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制，提升學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力。本次任務(wù)以自動(dòng)添加液體控制為載體，重點(diǎn)是觸摸屏的使用和傳感器模擬量的輸入，這兩者都是符合自動(dòng)化控制的趨勢(shì)，同時(shí)為相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)控制提供了一定的借鑒作用。