沈陽儀表科學研究院有限公司 王 鵬 葉 挺 徐長武

天津華能楊柳青熱電有限責任公司 張祖輝

沈陽儀表科學研究院有限公司 高立生 劉 箏 周 楓 蔣伯華 郭志勇

主要闡述了結合實際應用的基于西門子PLC和昆侖通泰觸摸屏控制的自動硅油充灌裝置。詳細介紹了裝置的設計原理、系統(tǒng)的上位機及下位機的功能。該裝置主要用于壓阻傳感器芯體及其他傳感器的硅油充灌需求。

壓阻傳感器是工業(yè)自動化控制領域中的一種重要的測量器件，為了保護傳感器的敏感元件，被測介質與敏感元件是不接觸的，傳感器芯體充灌硅油既起到保護敏感元件的作用，又起到隔離和傳遞壓力的作用。

充灌硅油裝置是傳感器生產工藝中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的手動充硅油裝置主要靠人工控制，手動對硅油進行處理、手動對傳感器充灌硅油，操作人員很難判定當前充油工藝進行到的狀態(tài)，如果設備出現(xiàn)故障也很難判斷故障信息。同時時間、真空度、溫度等重要的參數(shù)也由人為操作引起誤差影響充油效果。

為了解決手動裝置存在的問題對裝置進行改進。

1 設計原理

整個裝置是由PLC系統(tǒng)、觸摸屏系統(tǒng)、傳感器、電磁閥等執(zhí)行機構組成，將整個硅油充灌工藝設計在人機界面上，增加人機交互功能同時規(guī)范充油工藝使裝置的自動化程度更高，各個重要的工藝參數(shù)控制更加準確。裝置主要由冷卻機組、充油機組、處理油機組三部分構成。控制系統(tǒng)構成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)

1.1 冷卻機組設計

冷卻機組主要是提供冷卻循壞水，在真空工作室照明時以及高真空狀態(tài)下硅油蒸發(fā)點降低，蒸發(fā)的硅油對擴散泵造成污染，減少設備的運行壽命，增加維修次數(shù)。水冷機組會使蒸發(fā)的硅油液化，減少流入到擴散泵的硅油量。在冷卻水管添加水壓表、對循環(huán)冷卻水的狀態(tài)進行監(jiān)測，將水流狀態(tài)與擴散泵在程序中聯(lián)鎖，這樣對擴散泵進行有效的保護，可提高設備的運行壽命、降低擴散泵污染后的維修次數(shù)。

1.2 處理油機組設計

處理油機組主要作用是對待充的硅油進行真空、加熱、攪拌、冷卻等工藝處理，使硅油達到可用于充進傳感器的狀態(tài)。在設計中我們采用PLC控制‘機械泵1#’及‘處理閥’對處理罐抽真空，真空達到設定值后，打開‘上油閥’將硅油吸入到處理灌中，接著控制‘攪拌泵’攪拌、啟動‘加熱棒’加熱這一環(huán)節(jié)有效的處理油中的雜質，最后關閉‘加熱’，冷卻處理好的硅油。這一工藝中溫度控制需要達到±1℃，我們采用島電溫控表進行控溫。

處理油機組的控制中PLC與真空計及溫控表進行MODBUS通信讀取真空計真空度、控制溫度，閥門和泵等利用I/O控制。

1.3 充油機組設計

主要作用是對充油真空工作室進行高低真空處理、使工作室處于工藝要求的真空度。在設計中控制‘機械泵2#’、‘粗抽閥’、‘前級閥’、對工作室進行低真空操作，真空工作室的真空度達到設定值后關閉‘粗抽閥’關閉，預熱‘擴散泵’30min后，打開‘主閥’對工作室進行高真空操作，真空度達到設定值關閉‘主閥’3S后打開‘充油閥’，對工作室內待充油的傳感器芯體進行充油，這一過程中可調節(jié)照明燈管進行觀察充油的狀態(tài)。

充油機組中的控制PLC與真空計進行MODBUS通信讀取真空計真空度，閥門和泵等利用I/O控制。

2.4.5 不同文化程度的醫(yī)務人員院感知識認知正確率比較分析 比較分析不同文化程度醫(yī)務人員院感知識認知正確率發(fā)現(xiàn)差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），隨著文化程度的提高，醫(yī)務人員院感知識認知正確率逐漸增高，見表4。

2 硬件圖紙設計

PLC在自動硅油充灌裝置主要是利用I/O直接控制泵、閥，通過通信采集控制真空計及控制溫控表，來完成裝置的自動化控制。在設計中各個閥門及泵等具備手動控制、同時也具備自動控制，PLC地址分配及硬件接線圖如圖2所示。

圖2 硬件接線圖

3 軟件設計

3.1 組態(tài)軟件設計

采用昆侖通態(tài)觸摸屏作為人機界面，實現(xiàn)數(shù)據的采集及存儲。在觸摸屏編程軟件MCGS pro中根據觸摸屏自帶的200Smart驅動關聯(lián)PLC的相關變量，利用腳本語言編制腳本，實現(xiàn)裝置的工藝流程畫面。通過人機交互實現(xiàn)對裝置狀態(tài)的監(jiān)控、數(shù)據的采集、診斷故障信息。

觸摸屏設計了主畫面、參數(shù)畫面、充油工藝畫面、處理油工藝畫面、歷史報警畫面五個畫面，各個畫面具備通信狀態(tài)顯示、時間顯示等功能。

主畫面為系統(tǒng)進入的初始化界面，顯示總體的工藝流程及設備的運行信息具備切換到任意畫面的功能。主畫面如圖3所示。

圖3 主畫面

處理油工藝畫面顯示處理油工藝流程及設備的運行狀態(tài)，顯示已經設定的加熱溫度、加熱時間、處理罐真空度等工藝參數(shù)。

充油工藝畫面顯示充油工藝流程及設備的運行狀態(tài)，顯示設定的打開主閥真空度、啟動擴散泵真空度等工藝參數(shù)信息以及各個閥之間的切換時間等。

參數(shù)界面主要顯示整體裝置的運行參數(shù)及權限設定，具備相應的權限才可修改運行參數(shù)。

報警界面顯示設備的故障信息、顯示出現(xiàn)故障的時間及解除故障的時間、具備歷史查詢的功能。

3.2 PLC程序設計

PLC的編程軟件為STEP 7-MicroWIN SMART，采用LAD作為程序的編程語言實現(xiàn)系統(tǒng)初始化，自動控制及通信控制，在自動控制中可分別調用充油工藝程序、處理油工藝程序來實現(xiàn)裝置的控制過程。

（1）初始化程序主要實現(xiàn)首次上電時參數(shù)的初始化。

（2）自動程序，設定好相應的參數(shù)后，啟動自動運行按鈕，裝置會根據工藝自動執(zhí)行處理油工藝和充油工藝。

（3）通信程序，通信程序采用ModBus RTU協(xié)議對下位機儀表進行溫度、真空度采集、溫度控制。

ModBus RTU協(xié)議PLC中的設置主要是調用MBUS_CTRL及MBUS_MSG指令進行數(shù)據的讀取及寫入。MBUS_CTRL通信初始化指令如圖4所示，MBUS_MSG通信讀寫指令如圖5所示。

圖4 初始化指令

圖5 讀寫指令

ModBus RTU協(xié)議溫控表及真空計參數(shù)設置需要與PLC保持一致，下位機的地址不可重復、設置與PLC相同的校驗位、波特率及停止位等，溫控表設置如圖6所示。

圖6 溫控表通信參數(shù)設置

基于PLC控制的自動硅油充灌裝置，在設計調試完成后，應用中取得了良好的效果、可視化的操作設計更加人性化、可根據不同的要求調整參數(shù)，自動控制的充油工藝及處理油工藝控制更加準確減少了人力、物力。