基于PLC控制與觸摸屏的無線通信解決方案 - 全文

　　1、PLC－觸摸屏簡介

　　觸摸式工業(yè)圖形顯示器（簡稱觸摸屏）是一種新型可編程控制終端，是新一代高科技人機(jī)界面（國外稱為 HMI 或 MMI ）產(chǎn)品，它是替代傳統(tǒng)控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器?？捎糜?a target="_blank">參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、以曲線、動畫等形式描繪自動化控制過程，并可簡化 PLC 的控制程序。 具有體積小、 連線簡單化、 防塵、抗震 、防水、防電磁 等特點(diǎn)。

　　PLC是一種可編程控制器，有著運(yùn)算速度高、指令豐富、功能強(qiáng)大、可靠性高、使用方便、編程靈活、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各行業(yè)對其生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)的自動化程度要求越來越高，采用現(xiàn)代自動化控制技術(shù)對減輕勞動強(qiáng)度、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本起著很重要的作用。

　　2、PLC－觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域

　　* 傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動控制；

　　* 中小型過程控制系統(tǒng)；

　　* 遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)；

　　* 節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)；

　　3、基于PLC控制與觸摸屏的具體解決方案

　　3.1 城市（工廠）污水處理自動化控制系統(tǒng)解決方案

　　1 系統(tǒng)概述

　　該污水處理工程自動化系統(tǒng)的下位控制站采用上位機(jī)、PLC和現(xiàn)場總線功能為一體的最新智能化控制器作為主控裝置，還配有繼電器、接觸器、智能化熱繼電器、電量變送器等裝置，完成工藝設(shè)備的保護(hù)和控制、流程數(shù)據(jù)采集和控制功能等。另外，系統(tǒng)中還包括在線水質(zhì)分析儀表、變送器、調(diào)節(jié)閥、電磁閥、各種泵及風(fēng)機(jī)等。

　　2 系統(tǒng)主要控制功能

　　* 自動排油控制：污水進(jìn)入隔油池后，控制器根據(jù)水溫自動打開蒸汽閥給污水加熱，使水溫達(dá)到設(shè)定溫度，啟動浮油機(jī)工作。吸走水面浮油，達(dá)到排油目的；

　　* 集水池潛水泵控制：污水進(jìn)入集水池后，根據(jù)水位啟停潛水泵，將污水送至一級氣浮池；

　　* 混凝加藥泵控制：根據(jù)潛水泵的啟停控制混凝加藥泵的啟停；

　　* 加堿及PH值控制：根據(jù)檢測的PH值自動調(diào)節(jié)加堿量，使中和后的PH值控制在6~9；

　　* 回流泵控制：根據(jù)潛水泵的啟?？刂苹亓鞅玫膯⑼＃?/p>

　　* 風(fēng)機(jī)的控制：根據(jù)氧化池含氧量測定，自動控制風(fēng)機(jī)的啟停；

　　* 一、二沉淀池自動定時排泥控制；

　　* 濾池定時反沖洗控制。

　　3 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　* 基于Windows NT/2000/XP平臺，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和軟件實(shí)現(xiàn)；

　　* 開放性強(qiáng)，遵循ODBC、COM/DCOM、Active X、IEC-1131-3等國際標(biāo)準(zhǔn)；

　　* 能跟據(jù)用戶需求整合WINCC、IFIX、FIX32、RSVIEW、INTOUCH、阻態(tài)王等阻態(tài)軟件；

　　* 系統(tǒng)界面直觀，具有完善的瀏覽功能；

　　* 系統(tǒng)功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、操作簡單、維護(hù)量少；

　　* 豐富方便的擴(kuò)展能力，能方便地基于現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展；

　　* 系統(tǒng)提供形式豐富地報表，位統(tǒng)計和決策提供依據(jù)。

　　4 系統(tǒng)指標(biāo)

　　* 數(shù)據(jù)刷新1s；

　　* 事件順序分辨率《2ms；

　　* 控制命令響應(yīng)時間≤1s；

　　* 調(diào)畫面響應(yīng)時間《1s。

　　5 系統(tǒng)組成原理圖

　　6 系統(tǒng)主要硬件配置

　　系統(tǒng)硬件由可編程控制器（含數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊），WPLC-C無線透傳終端，上位機(jī)，變頻器、傳感器及若干電器元件組成。

　　（1）PLC：選用SIEMENS公司的S7-400系列（配數(shù)字?jǐn)U展輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊）

　　（2）變頻器：采用DAFOSS公司VLT系列；據(jù)PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)（PH值、曝氣含氧量、水箱液位、流量計等模擬信號，水泵運(yùn)行、電動閥門開、故障報警等為數(shù)字信號）值調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，并將其內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)反饋到PLC及上位機(jī)。

　?。?）上位機(jī)：可作為工程師站對PLC和組態(tài)軟件進(jìn)行編程，操作員站可以監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。上位機(jī)選用的是研宏YH-MB945VEA.

　　3.2 基于觸摸屏結(jié)合PLC在空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

　　1 系統(tǒng)概述

　　通過觸摸屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)值（壓力及溫度等），通過PLC與實(shí)際值（傳感器的測量值）進(jìn)行比較運(yùn)算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。通過調(diào)節(jié)送風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

　　系統(tǒng)原理圖

　　2 系統(tǒng)主要硬件組成

　　系統(tǒng)硬件由可編程控制器（含數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）、觸摸屏一臺、變頻器、傳感器及若干電器元件組成。各部分說明如下：

　?。?） PLC：選用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）。通過接收開關(guān)量、模擬量輸入經(jīng)處理后輸出開關(guān)量、模擬量去控制繼電器的動作，同時與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對于觸摸屏發(fā)出的信息進(jìn)行處理等。

　　（2） 觸摸屏采用PROFACE公司的GP2301。實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，與PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和交換，將設(shè)定參數(shù)寫入PLC，也可將PLC、傳感器及變頻器內(nèi)部參數(shù)讀入觸摸屏，實(shí)現(xiàn)了模擬量、數(shù)字量的實(shí)時監(jiān)控，目標(biāo)值的設(shè)定以及報警記錄等。

　　（3） 變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協(xié)議可由觸摸屏通過PLC設(shè)置其內(nèi)部參數(shù)，根據(jù)PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)（模擬量）值調(diào)節(jié)水泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將其內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)反饋到PLC及觸摸屏。

　?。?） 壓力、溫度等傳感器：將被控制系統(tǒng)（水系統(tǒng)或風(fēng)系統(tǒng)）的實(shí)際參數(shù)值轉(zhuǎn)變成電信號上傳至PLC和觸摸屏。

　?。?） 電氣元件：給PLC、觸摸屏、變頻器及傳感器等供電，完成各種操作及驅(qū)動等。

　　3 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　觸摸屏監(jiān)控器是90年代出現(xiàn)的新型可編程終端，是新一代高科技人機(jī)界面產(chǎn)品。適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，作為人機(jī)界面可代替普通或工控計算機(jī)，具有交互性好，可靠性高，編程簡單，與PLC聯(lián)結(jié)簡便等特點(diǎn)。觸摸屏的主要功能有：

　?。?） 主要用于實(shí)時顯示設(shè)備或系統(tǒng)在操作狀態(tài)方面的實(shí)時信息。

　?。?） 觸摸屏上的觸摸按鈕可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號、數(shù)字信號（數(shù)值）、字符給PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動作控制系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行。

　?。?） 可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示圖形、字符串、報警信息、歷史記錄、趨勢圖等。

　　4、PLC在系統(tǒng)中的作用

　　PLC作為控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心。通過接收開關(guān)量、模擬量輸入經(jīng)處理后輸出開關(guān)量、模擬量去控制繼電器、變頻器及電磁閥等的動作，主要體現(xiàn)以下幾方面的作用：

　　1） 初始化變量，設(shè)置自由通訊口協(xié)議和中斷協(xié)議。

　　2） 與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理。

　　3） 完成數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。

　　4） 邏輯控制及PID等運(yùn)算。

　　5） 發(fā)送模擬（數(shù)字）等調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。

　　6） 通過USS4協(xié)議讀寫變頻器內(nèi)部參數(shù)。

　　7） 判錯傳遞數(shù)據(jù)信息、報警信息等。

　　5、觸摸屏畫面設(shè)計

　　觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進(jìn)行設(shè)計，然后從支持工具（個人電腦）中下載到觸摸屏即可使用。觸摸屏畫面總數(shù)應(yīng)在其存儲空間允許的范圍內(nèi)，各畫面之間盡量做到可相互及強(qiáng)制切換。

　　（1） 主畫面的設(shè)計

　　在支持工具上，創(chuàng)建一個歡迎頁面或被控主系統(tǒng)畫面作為主畫面，該畫面嫩進(jìn)入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統(tǒng)畫面作為主畫面，則應(yīng)在畫面中顯示被控系統(tǒng)的一些住要參數(shù)，以便在此畫面上對整個被控系統(tǒng)有大至的了結(jié)。

　?。?） 控制畫面的設(shè)計

　　該種畫面主要用來控制被控設(shè)備的啟停及顯示變頻器內(nèi)部的參數(shù)，也可將變頻器參數(shù)的設(shè)定做在其中。該種畫面的數(shù)量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數(shù)量由實(shí)際被控設(shè)備決定。

　?。?） 參數(shù)設(shè)置頁面的設(shè)計

　　該畫面主要是對變頻器的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時還應(yīng)顯示參數(shù)設(shè)定完成的情況，實(shí)際制做時還應(yīng)考慮加密的問題。

　?。?） 實(shí)時趨勢頁面的設(shè)計

　　該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數(shù)（如輸出頻率）等的實(shí)時狀態(tài)。

　?。?） 信息記錄頁面的設(shè)計

　　該畫面主要是記錄可能出現(xiàn)的設(shè)備損壞、過載、數(shù)值超范圍和系統(tǒng)急停等故障。另外該畫面還可記錄各設(shè)備啟停操作，作為憑證。

　?。?） 節(jié)能畫面的設(shè)計

　　該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數(shù)及實(shí)時節(jié)電狀態(tài)，以便向用戶展示變頻節(jié)能的好處，也可用來與其它的節(jié)電測量作比較。

　　6、結(jié)束語

　　在變頻節(jié)能系統(tǒng)中采用觸摸屏作為人機(jī)交互工具，簡單直觀，便于操作；提高了整個變頻節(jié)能系統(tǒng)以及企業(yè)的硬件檔次。隨著微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，觸摸屏本身的成本也在不斷的降低，再與PLC在系統(tǒng)中結(jié)合使用，在幾乎未提高系統(tǒng)裝置多少成本的前提下，就實(shí)現(xiàn)了整個被控系統(tǒng)的質(zhì)的飛躍，這種結(jié)合必將更多的應(yīng)用在未來的各種生產(chǎn)系統(tǒng)中，并成為自動化控制發(fā)展的一個亮點(diǎn)。