1、191教育現代化·2016年2月(下半月職業技術教育可編程控制器是電氣控制系統的控制核心,它可以實時控制工業現場的各類設備,很方便的完成各類控制要求1。通過幾十年的發展,PLC 已經走進工業生產和日常生活的各個方面,各類學校的電類及相關專業也因其重要性,逐漸將其加入到教學計劃中。由于可編程控制器工業控制在現代企業中常常與變頻器技術、觸摸屏技術等多項技術有關,因此學校在教學中,對應開設有PLC 應用技術、變頻器技術、觸摸屏技術等相關課程,但如此教學體系的劃分,不但導致課時占用過多,而且可能導致知識點成為分散、單項的存在,各學科之間的銜接不緊湊,甚至出現互相扯皮的現象。學生在畢業后對于由

2、多項技術構成的相對復雜的控制系統,存在技術單一,不能全面掌握、靈活應用等現象。本文以自動生產線控制系統為例,詳細給出了該系統的PLC 硬件設計、觸摸屏MCGS 人機界面設計、變頻器參數設置和系統程序設計,探討搭建一個整合PLC、觸摸屏、變頻器相關知識的平臺的可能性,期待實現教學內容與現代工業生產實際的需要相契合。一 自動生產線控制要求在生產線上有4個工位,每個工位上都裝有位置檢測傳感器,工位間共有A、B、C、D 等四個區,設備有啟動和停止兩個控制按鈕,按下啟動按鈕后,設備開始運行,按下停止按鈕后,設備停止工作,設備的主要功能是通過皮帶將物品傳送到各個工位,基于PLC 變頻器觸摸屏綜合利用自動生

3、產線控制系統的設計和應用陳慧敏(北京輕工技師學院,北京 100068摘 要:以自動生產線控制系統為例,詳細給出了該系統的PLC 硬件設計、觸摸屏MCGSE 人機界面設計、變頻器參數設置和系統程序設計,有效體現了PLC、觸摸屏、變頻器三位一體,觸摸屏成為人機對話的界面,變頻器成為PLC 的主要執行機構。提出在電類及相關專業工控教學中將傳統學科體系課程的PLC 應用技術、變頻器技術、觸摸屏技術進行整合,探討搭建一個融合多項技術的平臺的可能性,以適應可編程控制器在現代企業的應用常常與變頻器技術、觸摸屏技術等多項技術構成現代電氣控制系統的現實需要,是教學內容跟上機電行業新技術發展的步伐。關鍵詞:PLC

4、;觸摸屏MCGSE;變頻器;自動生產線在傳送過程中,要求在每個區間皮帶生產線有不同的運行速度,并且到達工位時,要停止5s,然后在傳送到下一工位,在整個過程中,要求全部自動控制。控制要求如下:按下啟動按鈕后皮帶生產線將物料從起點位置開始,以第一速度(50HZ運行;到達工位1后停止5s 模擬加工;5s 后,以第二速度(40HZ運行;到達工位2后停止5s 模擬加工;5s 后,以第三速度(30HZ運行;到達工位3后停止5s 模擬加工;5s 后,以第四速度(20HZ運行;達到工位4后停止。二 PLC 硬件設計根據自動生產線的控制要求,確定系統的輸入輸出端子數目,選用三菱FX2N-40MR,有24個輸入端

5、和16個輸出端;確定系統速度的變化,選用三菱通用變頻器FR-D700,有15速調速,可以滿足系統要求。觸摸屏選用昆侖通泰MCGS。(一輸入/輸出端子設計1、輸入端子系統中的四個位置檢測使用行程開關來進行控制,占用四個輸入端子,而其中的“開始”和“停止”按鈕可以使用人機界面組態按鈕來實現,不需要占用輸入端子。2、輸出端子系統中的變頻器調速使用5個功能端,占用5個輸出端子。而運行指示燈、電源指示燈使用觸摸作者簡介: 陳慧敏,女,漢,湖南衡陽人,碩士研究生,講師,研究方向:PLC 觸摸屏變頻器。192教育現代化傳媒品牌職業技術教育屏插入元件構件實現,各個工作區速度顯示使用觸摸屏流動塊構件實現,不占用

6、端子。(二 PLC 輸入/輸出端子分配系統中“開始”和“停止”按鈕在觸摸屏上設置為觸摸鍵,運行指示燈和電源指示燈設置為觸摸屏插入元件指示燈顯示,四個工作區速度顯示設置為流動塊組態顯示,分別用PLC 軟元件輔助寄存器M1、M2、M0、M21、M22、M23、M24來控制。其PLC 輸入和輸出端子分配如表 1 所示。表1 PLC 輸入輸出端子分配輸入端子輸出端子名稱輸入設備輸入繼電器名稱輸出設備輸出繼電器位置檢測1SQ1X1正轉啟動STF Y0位置檢測2SQ2X2反轉啟動STR Y1位置檢測3SQ3X3高速RH Y2位置檢測4SQ4X4中速RM Y3低速RLY4(三 PLC 的硬件連接圖根據自動生

7、產線控制要求和PLC 輸入輸出端子分配情況,設計自動生產線控制系統硬件連接圖,如圖1所示。其中觸摸屏和PLC 之間通信使用“RS-232C/RS422轉換器”專用通信電纜。圖1 自動生產線控制系統硬件連接接線圖三 觸摸屏MCGSE 人機界面設計打開MCGS7.6組態軟件,根據觸摸屏的類型選擇TPC7062KX,設計人機界面畫面。為了能夠達到利用觸摸屏操作畫面實時操作監控自動生產線運行的效果,必須將人機界面中的圖形對象和PLC 中的編程軟元件進行關聯,如表2所示。并對相應的圖示部件進行組態參數的設定,最后通USB 通訊線將組態畫面下載到觸摸屏上。表2 觸摸屏圖形和PLC 軟元件之間的關系圖形名稱

8、圖示部件對應PLC 軟元件備注啟動標準按鈕M1反應M1狀態停止標準按鈕M2反應M2狀態位置檢測1插入元件傳感器X1反應SQ1狀態位置檢測2插入元件傳感器X2反應SQ2狀態位置檢測3插入元件傳感器X3反應SQ3狀態位置檢測4插入元件傳感器X4反應SQ4狀態電動機插入元件電動機M0反應電動機狀態電源指示燈插入元件指示燈Y0反應電源狀態運行指示燈插入元件指示燈M0反應電動機狀態流動塊流動塊Y0反應PLC-變頻器-觸摸屏通信流動塊A/B/C/D 流動塊M21/M22/M23/M24反應各速度時間1/2/2輸入框TNUWB000/1/2T0/T1/T2反應時間根據表2制作的觸摸屏人機界面如圖2所示。圖2

9、 自動生產線控制系統觸摸屏人機界面四 變頻器參數設置通用型變頻器絕大多數是交-直-交型變頻器,其主要是由整流回路(交-直交換、直流濾波電路(能耗電路及逆變電路(直-交變換組成,還包括有限電流電路、制動電路、控制電路等組成部分3。變頻器的使用主要是通過改變變頻器的輸出頻率從而改變電動機的轉速,以便獲得滿意的交流電動機調速效果。變頻器常見的頻率給定信號的方式有操作板給定、外部端子信號給定,模擬信號給定,脈沖信號給定和通信方式給定等。根據控制要求,采用變頻器外部端子STF、STR、RH、RM、RL 來進行調速。通過查找三菱通用變頻器FR-D700使用說明,確定通過將參數Pr179設定為8可以使STR

10、 端子分配為REX(15速端子,通過RH、RM、RL、REX 端子信號的組合,可以設定四種速度,其變頻器參數設置如表3所示。193教育現代化·2016年2月(下半月職業技術教育表3 參數設置表變頻器參數功能說明出廠值設定值Prcl 參數清零01ALLC 所有參數清零01Pr1上限頻率12050Pr2下限頻率00Pr7加速時間52Pr8減速時間52Pr9電子過電流保護00.35Pr160擴張功能顯示選擇99990Pr179多段速運行指令618Pr4固定頻率15050Pr5固定頻率23040Pr6固定頻率31030Pr24固定頻率4999920五 系統程序設計PLC 程序設計法有經驗法,

11、順序控制設計法4。其中順序控制設計法是一種新穎的,按照生產工藝順序進行的編程設計方法,它簡單易學,很容易被初學者接受,有經驗的工程師使用順序控制設計法,也會提高設計的效率,程序調試、修改和閱讀也更方便5。現根據自動生產線控制系統的控制要求,啟動FXGPWIN 軟件,新建文件,選擇所使用的PLC 類型FX2N,編制的梯形圖如圖3所示。圖3 自動生產線控制系統梯形圖在自動生產線控制系統中,要求停止按鈕在任何時候都可以按下,而且不管在任何時候按下停止按鈕,系統立刻停止,當再次按下啟動按鈕,系統會在停下來的位置繼續開始運行。從圖3自動生產線控制系統梯形圖可以看出,M10使用了“啟-保-停”電路和啟動按

12、鈕M1和停止按鈕M2來控制,按下啟動按鈕M1,M10變為ON 并保持,按下停止按鈕M2,M10變為OFF。同時,從圖3中可以看出,其中Y2用來輸出第一速度,Y3用來輸出第二速度,Y4用來輸出第三速度,Y3、Y4用來輸出第四速度,當系統第四速度運行時,對應Y3、Y4線圈都得電,為了避免在觸摸屏上相應指示燈顯示混亂,故對于觸摸屏相應速度顯示使用了M 輔助寄存器,所以對應在梯形圖上加了相應程序,當第四速度M24得電時,第二、第三速度均失電來解決問題。六 結束語傳統教學體系是根據課程內容的結構,按照知識點、技能點進劃分,期望通過學科教學的進度,有序形成學生的職業技能6。但實際上這種教學體系的分割造成了

13、學生職業技能技術單一,缺乏對多項技術綜合利用的能力,不能完全符合職業技能的系統性要求。本文旨在探討將多個學科的知識點進行整合,使用一個完整的項目,給學生營造一個真實的工作情景,以此來解決教學過程中職業技能培養在專業課程中單項、分散、關聯性弱、不成系統的問題。實踐證明:基于PLC 變頻器觸摸屏綜合利用自動生產線控制系統有效體現了PLC、觸摸屏、變頻器三位一體,觸摸屏成為人機對話的界面,變頻器成為PLC 的主要執行機構,能適應可編程控制器在現代企業的應用常常與變頻器技術、觸摸屏技術等多項技術構成現代電氣控制系統的現實需要,是多學科知識點整合的一次成功嘗試,是教學內容跟上機電行業新技術發展的步伐,對以后教學內容整合改革有一定的指導意義。參考文獻1 李昀昭.基于虛擬仿真和觸摸屏技術的PLC 實驗教學平臺的研究D.哈爾濱:哈爾濱理工大學.2014,(1:1-3.2 宋珂,羅婕.基于PLC 和MCGS 的六人搶答器人機界面設計和應用J.自