PLC和觸摸屏在Q-300切割機中的應用
摘要：本文以河北農大機電新技術公司Q-300金相切割機控制系統(tǒng)的改造為例，介紹了該控制系統(tǒng)的組成。在系統(tǒng)改造中，以PLC作為控制系統(tǒng)的核心，以觸摸屏作為人機界面，系統(tǒng)界面友好，簡單直觀，易于操作，并著重介紹了PLC和觸摸屏的硬件和軟件設計。系統(tǒng)試用表明PLC的使用提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，觸摸屏的使用減少了大量的硬件設施以及由此而帶來的故障。
關鍵詞：金相切割機； PLC； 觸摸屏 ；人機界面
中圖分類號：TP273
Application of PLC and touch screen in Q-300 bbbbllographic cutter
SHEN Yu-lin, SUN Wei-lian
(College of Mechanical and Electronic Engineering, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001，China)
Abstract: This paper introduced the combbbbbbbb of control system for Q-300 bbbbllographic cutter of electromechanical new technology company. In the modification, the control system was based on PLC, as the man-machine interface, the touch screen made the interface friendly and the system easily operated and handled, then the design of hardware and software was described in details. This initial test shows the use of PLC enhances the stability and anti- jamming ability of the system, and the use of touch screen reduces many facilities of hardware and fault which bring.
Key words: bbbbllographic cutter; PLC; touch screen; man-machine interface
1. 引言
Q-300切割機是用于金相試樣切割的專用機床，是自動化程度和可靠性要求較高的一類機械加工設備。因此，Q-300金相切割機采用可編程控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心。由于生產對工藝要求的不斷提高，PLC控制設備操作面板上的各種按鈕和LED顯示越來越復雜，工位指示也很多，這就增加了操作難度和設備的故障點。為了解決上述問題，本系統(tǒng)采用了觸摸屏，其主要功能和特點有：
（1）可代替按鈕和指示燈等元件，節(jié)約PLC的I/O點。
（2）觸摸屏畫面制作方便，有豐富的部件庫，可以簡化PLC的控制程序。
（3）與PLC結合可對控制參數(shù)和數(shù)據進行實時監(jiān)控，用動畫顯示機床工作工程。
（4）連線方便。
2. 切割機控制系統(tǒng)要求及系統(tǒng)組成
Q-300切割機控制系統(tǒng)的任務主要是控制一臺主電機（7.5KW的三相異步電機）和三臺步進電機（X向、Y向、Z向各一臺），PLC需要同時控制主電機和三臺步進電機協(xié)調工作，完成切割工作。主電機的控制由PLC對一臺變頻器的控制來實現(xiàn)，人機界面由觸摸屏來實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)結構圖見圖1：
圖1 控制系統(tǒng)結構圖
3. 切割機控制系統(tǒng)硬件選型和設計
3.1 PLC的選型
PLC的選擇一般從基本性能、特殊功能和通信聯(lián)網三方面考慮。選擇的基本原則是在滿足控制要求的前提下力爭最好的性價比。對于大型金相試樣切割機的控制系統(tǒng)而言，工藝切割過程固定、環(huán)境條件一般，維修量比較小等，所以選用整體式結構的PLC機型比較合適。具體滿足條件如下：
（1） I/O點的估算：變頻器與觸摸屏占用串口通信輸入2個；三臺步進電機占用開關量輸入3個、脈沖輸出3個和高速計數(shù)器輸入3個；冷卻系統(tǒng)（水泵）占用開關量輸出1個；行程開關占用開關量輸入8個；控制按鈕占用開關量輸入2個?？傆婭/O點共22個。
（2） PLC性能和控制任務相適應：Q-300切割機控制系統(tǒng)多數(shù)是開關量控制的，多是順序控制和多模式的自動控制，對控制速度要求不是很高。
根據上面的控制要求，本設計選用日本OMRON公司的CP1H-X40DT-D型PLC，它是晶體管漏型輸出，24V直流供電。它的I/O點數(shù)為40，其中DC輸入點為24，晶體管(漏型)輸出點為16。具有4路脈沖輸出、4路高速計數(shù)器輸入、可選2端口串行通信、標配USB端口等強大功能。適合于多臺步進電機的控制，雙串口可搭載觸摸屏控制終端、簡易的變頻器串行控制。
3.2 觸摸屏的選型
觸摸屏主要用于顯示設備和系統(tǒng)狀態(tài)的實時信息，上面的按鈕可產生相應的開關信息或輸入數(shù)值、字符給PLC進行數(shù)據交換,從而產生相應的動作來控制設備及系統(tǒng)。觸摸屏作為人機界面,主要實現(xiàn)對電機的轉向、轉速和行程的監(jiān)控,用動畫演示切割機的工作過程。
在本系統(tǒng)中，觸摸屏主要完成顯示、輸入功能，對觸摸屏的要求主要是：
（1） 有足夠的畫面數(shù)據儲存器，有足夠的分辨率和顯示亮度。
（2） 有基本的串行通信功能，方便與PLC連接通訊。
基于以上的要求，本設計選用臺灣威綸公司生產的MT508S觸摸屏，MT508S觸摸屏的主要性能和參數(shù)是：7.7"彩色DSTN液晶觸摸屏，640×480點像素，對比度30：1,亮度150cd/m2，有2MB Flash ROM和4MB DRAM。通信口COM1有一個用于PC的RS-232口和一個用于PLC的RS-485/422口，COM2是用于PLC的RS-232口。
3.3 CP1H PLC與MT508S觸摸屏通信
觸摸屏背面具有兩個連接外部設備的通信口，分別是RS-485/422和RS-232，本系統(tǒng)采用RS-232與PLC通信連接的控制方式。設置通訊參數(shù), 實現(xiàn)觸摸屏與PLC 的通訊。觸摸屏和PLC串口通信的接線圖如2：
4. 軟件設計
4.1 PLC的軟件設計
CP1H型PLC可以用OMRON公司提供的CX-Programmer編輯軟件用梯形圖進行編程，此軟件具有顯示/監(jiān)控功能和完善的調試、維護功能，我們可以運用此軟件在bbbbbbs的環(huán)境中對PLC進行編程調試，編程完成后通過RS232通訊電纜從PC下載到PLC上，切割機切割過程中參數(shù)設置較多，參數(shù)之間密切關聯(lián)，切割的各動作之間有嚴格的邏輯關系，每種切割方式均可采用手動和自動兩種方式，PLC通過采集現(xiàn)場行程開關的信號來控制切割位置。整個程序的控制方式為順序控制, 程序控制框圖見圖3。
圖3 程序控制框圖
4.2. 觸摸屏人機界面設計
菜單界面設計是近年來應用最為廣泛的一種人機界面設計技術。從基本原理上講，菜單界面與圖形界面是一樣的，都是在滿足系統(tǒng)控制要求的情況下給用戶一個直觀方便的操作交互界面。本系統(tǒng)的觸摸屏界面采用菜單界面設計和圖形界面設計相結合的方法，顯示系統(tǒng)畫面菜單是由MT500系列的人機交互界面軟件EasyBuilder500設計的，這些畫面菜單組成:起始畫面、測試操作畫面、手動操作畫面、自動操作畫面組成。具體設計如下所示。
4.2.1 起始畫面
起始畫面主要是歡迎界面，是根據需要按照各個按鈕(功能鍵元件)的提示隨意進行各個菜單屏幕之間的轉換。畫面中顯示了系統(tǒng)的運行模式(測試操作、手動操作、自動操作)。當手指觸摸到某一操作時，就會切換到相應操作的界面。如圖4所示：
圖4 初始界面
4.2.2 測試操作界面
當選擇測試界面時，畫面將切換到測試操作界面。設置好各參數(shù)后觸摸啟動鍵，可以看到整個測試過程。如圖5所示：
圖5 測試操作界面
4.2.3 手動操作界面
當選擇手動操作時，首先要對砂輪轉速進行設置，其旁邊的上下箭頭是用來實現(xiàn)對數(shù)值進行加1和減1操作(速度范圍0-2000r/min)。速度設置好后，按下砂輪啟動鍵，砂輪將以設定的速度轉動，砂輪停止鍵用來停止砂輪轉動。當按住向左(向右)的按鈕時工作臺就會以測試操作界面設定的速度向左(向右)運動，直到松開按鍵。如圖6所示。
圖6手動操作界面
4.2.4 自動操作界面
當選擇自動操作時，首先對各切割參數(shù)進行設置或輸入，設置好參數(shù)后，按啟動開始切割。如圖7所示。
圖7 自動操作界面
5. 結束語
本系統(tǒng)采用PLC為核心控制器，觸摸屏作為人機界面，兩者通過串口通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，實現(xiàn)整機的自動控制。PLC的使用提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。觸摸屏的使用，減少了大量的硬件設施以及由此而帶來的故障。Q-300金相切割機測試運行幾個月,控制系統(tǒng)相當穩(wěn)定,觸摸屏也沒有出現(xiàn)過故障。
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