工控機(jī)與觸摸屏PLC在數(shù)控彎管機(jī)上的應(yīng)用與比較

李亞忠

（江陰機(jī)械制造有限公司，江蘇 江陰 214404）

0 概述

隨著工業(yè)的高速發(fā)展，工控機(jī)與PLC得到了更加廣泛的應(yīng)用。以彎管機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)為例，工控機(jī)與PLC二者都能滿足系統(tǒng)需求；工控機(jī)價(jià)格較高，編程較為復(fù)雜，但功能強(qiáng)大，控制精度高，甚至能完成復(fù)雜三維圖形的動(dòng)畫(huà)演示，如彎管動(dòng)態(tài)演示、干涉區(qū)模擬等高級(jí)功能；PLC的價(jià)格相對(duì)較低，編程較為簡(jiǎn)單，盡管功能不如工控機(jī)強(qiáng)大，但也能滿足一般要求及控制精度高的場(chǎng)合。

1 工控機(jī)與PLC比較

隨著工控機(jī)性能的快速發(fā)展以及其可靠性的提高，再加上其價(jià)格的降低，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在過(guò)程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域。它具有高可靠性、實(shí)時(shí)響應(yīng)處理，易于擴(kuò)展、具有豐富的數(shù)字量、模擬量及開(kāi)關(guān)量的輸入輸出接口，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。工業(yè)PC標(biāo)準(zhǔn)的插卡是專為工業(yè)乃至軍用惡劣環(huán)境下，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行而設(shè)計(jì)制作的，另外，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)插卡的模塊化機(jī)構(gòu)，也使其在維修時(shí)能得以快速替換。

可編程序控制器PLC是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新一代工業(yè)控制裝置，80年代以來(lái)，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以繼電器邏輯控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展成為既有邏輯控制，又有計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、分支程序數(shù)學(xué)計(jì)算、模擬量、脈沖控制等綜合控制裝置。從硬件方面考慮，PLC實(shí)際上是一種具有適用于工業(yè)控制接口的專用計(jì)算機(jī)。

電氣開(kāi)發(fā)者的任務(wù)就是通過(guò)選用通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口板卡，或者合適的可編程序控制器及其擴(kuò)展模塊，配以自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的控制軟件系統(tǒng)來(lái)滿足不同彎管機(jī)用戶的使用要求。在此主要針對(duì)由工控機(jī)與PLC構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)作一比較。

（1）硬件結(jié)構(gòu)。工控機(jī)與PLC均由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等組成，PLC是一種專用的計(jì)算機(jī)，但它與工控機(jī)有著不同的總線體系結(jié)構(gòu)。

（2）性價(jià)比。工控機(jī)與PLC均具有高性能、高集成化、模塊化及大批量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用等特點(diǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中沒(méi)有較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示或運(yùn)動(dòng)軌跡等要求時(shí)，選用PLC可以獲得較好的性價(jià)比。所以一般普通彎管機(jī)選用一體式PLC即可滿足要求。其控制成本也較低。反之則只能選用工控機(jī)+板卡或工控機(jī)+PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)。

（3）外設(shè)配置。工控機(jī)較PLC具有更豐富的外部設(shè)備，如顯示器、驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口卡等且均為標(biāo)準(zhǔn)部件，不同的廠商生產(chǎn)的外設(shè)只要配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件就可以相互通用。而PLC的外設(shè)種類較少，而且專用性較強(qiáng)，不同品牌的外設(shè)不可通用。

（4）人機(jī)界面工具。觸摸式工業(yè)顯示器是一種連接人類和PLC的工具。可用以參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示、以曲線、動(dòng)畫(huà)等形式描繪自動(dòng)化控制過(guò)程，并可簡(jiǎn)化PLC的程序，比之傳統(tǒng)的模擬儀表、按鈕操作臺(tái)而言，其體積小，并簡(jiǎn)化控制連線。隨著工業(yè)控制任務(wù)復(fù)雜性不斷增加和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，在操作顯示和故障診斷方面，對(duì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面提出了越來(lái)越高的要求，例如圖形顯示，操作菜單引導(dǎo)、漢字顯示等。目前生產(chǎn)觸摸屏的廠商及型號(hào)較多，如日本三菱、歐姆龍、光洋、富士、德國(guó)西門子、臺(tái)灣地區(qū)臺(tái)達(dá)、EASYVIEW等，這些廠商同時(shí)還生產(chǎn)PLC、伺服、變頻器等工控產(chǎn)品。由于電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，目前觸摸屏的功能也得到了很大發(fā)展，可聯(lián)接打印機(jī)、U盤、SD卡、以太網(wǎng)絡(luò)等，價(jià)格也下降很多。最早我公司是選用的日本DIGITAL公司的GP觸摸屏，當(dāng)時(shí)其價(jià)格非常昂貴，一般的5吋黑白屏就要6000多元人民幣，而10吋屏則要1萬(wàn)多元，而目前臺(tái)達(dá)生產(chǎn)的7吋寬屏只需1千多元，性價(jià)比非常好。我公司生產(chǎn)的W27Y的C型平面彎管機(jī)就是選用的觸摸屏+PLC的控制模式，滿足了數(shù)據(jù)輸入和工作參數(shù)顯示及簡(jiǎn)單圖形顯示的要求，提高了機(jī)器的易操作形和可維護(hù)性。

（5）編程工具。對(duì)于工控機(jī)，可以采用C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編程，使編寫(xiě)的應(yīng)用程序便于模塊化，運(yùn)行邏輯性強(qiáng)，但軟件編制時(shí)間長(zhǎng)，調(diào)試復(fù)雜，軟件編程人員需要有較高的軟硬件知識(shí)。而PLC則采用梯形圖，軟硬件開(kāi)發(fā)周期短，易維護(hù)和故障診斷。

（6）數(shù)據(jù)處理與圖形顯示。高檔數(shù)控系統(tǒng)多利用工控機(jī)，計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)給用戶提供了豐富的圖形功能，具有加工零件顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示、加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬等功能，使操作者獲得最為直觀、形象的了解，大大提高了機(jī)床的應(yīng)用體驗(yàn)。此時(shí)選用工控機(jī)+板卡或工控機(jī)+PLC的控制模式，可以滿足控制系統(tǒng)的要求。

（7）系統(tǒng)配置形式。工控機(jī)的外形一般較PLC大。小型PLC一般采用一體式結(jié)構(gòu)（即在其基本單元上將CPU、電源、輸入輸出單元集成一體），其擴(kuò)展模塊多采用電纜與基本單元相連，而中大型PLC多采用框架結(jié)構(gòu)（CPU、電源、輸入輸出模塊分離，以模塊的形式安裝在框架插槽上），根據(jù)系統(tǒng)要求，在框架插槽上可插上輸入輸出模塊、計(jì)數(shù)模塊、模擬量輸入輸出模塊、位置控制等模塊。工控機(jī)的CPU板、計(jì)數(shù)板、模擬量輸入輸出板、開(kāi)關(guān)量輸入輸出板、位置控制板等插在無(wú)源底板的總線上槽，一起安裝在有金屬屏蔽的機(jī)箱內(nèi)，體積相對(duì)較大。

2 某公司彎管機(jī)的系統(tǒng)配置情況

某公司的普通液壓彎管機(jī)均使用小型PLC一體機(jī)。其價(jià)格相對(duì)較低，可以獲得較好的性價(jià)比。為增加參數(shù)的輸入與顯示功能，在NC彎管機(jī)上選用一臺(tái)工業(yè)觸摸屏作為人機(jī)界面，方便了用戶使用與維護(hù)。

CNC彎管機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)配置：依據(jù)小車送進(jìn)與轉(zhuǎn)角的驅(qū)動(dòng)形式有變頻器和交流伺服兩種形式。

W28Y型變頻器驅(qū)動(dòng)形式的彎管機(jī)，選用一體式PLC+GP（觸摸屏）即可達(dá)到系統(tǒng)性價(jià)比較好的控制方案。但這種驅(qū)動(dòng)形式?jīng)Q定了機(jī)床的工作效率（送進(jìn)速度與轉(zhuǎn)角速度）與精度（送進(jìn)與轉(zhuǎn)角的重復(fù)定位精度）不會(huì)很高，但是由于變頻器相對(duì)伺服來(lái)說(shuō)價(jià)格低了很多，所以該類機(jī)型的定位是一種經(jīng)濟(jì)性的數(shù)控彎管機(jī)，對(duì)精度要求不高的可選擇此種機(jī)型。

W28K型交流伺服驅(qū)動(dòng)形式的CNC數(shù)控彎管機(jī)，其數(shù)控系統(tǒng)較為復(fù)雜，有以下幾種配置形式：①工控機(jī)+板卡形式（如圖1所示）；②人機(jī)界面+PLC形式（如圖2所示）；③工控機(jī)+PLC形式（如圖3所示）。

以上控制形式構(gòu)成的彎管機(jī)控制系統(tǒng)均可達(dá)到高速高精度的性能。早在2000年，因?yàn)槿藱C(jī)界面和PLC的功能沒(méi)有現(xiàn)在這么強(qiáng)大，價(jià)格也比較昂貴，因此形式①是某公司之前在CNC數(shù)控立體彎管機(jī)上的配置。隨著時(shí)代的發(fā)展，PLC與觸摸屏價(jià)格大幅下降，公司目前選用的為②、③兩種形式。PLC上所配置的某些擴(kuò)展模塊功能較①配置的接口板卡功能更為強(qiáng)大，硬軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)更為方便，也有更高的可靠性，加上PLC本身的特點(diǎn)，軟硬件開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較小，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期短，調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單，因PLC上帶有輸入輸出狀態(tài)指示燈，對(duì)用戶而言，故障診斷與維護(hù)更為方便快捷。雖然人機(jī)界面得到很大的發(fā)展，但如需管件坐標(biāo)參數(shù)與彎管參數(shù)的自動(dòng)互換，以及三維立體顯示與干涉顯示，動(dòng)畫(huà)模擬時(shí)只有形式③才能實(shí)現(xiàn)。

圖2 PLC與觸摸屏構(gòu)成的NC數(shù)控平面彎管機(jī)

圖3 PLC與觸摸屏構(gòu)成的CNC數(shù)控立體彎管機(jī)

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)某公司使用的工控機(jī)與PLC和觸摸屏構(gòu)成的控制系統(tǒng)情況來(lái)看，它們都有很高的可靠性以及易擴(kuò)展性、易維護(hù)性等特點(diǎn)。系統(tǒng)故障大部分發(fā)生在控制系統(tǒng)的外圍線路，如電纜接插件焊接部分虛焊脫落、導(dǎo)線接線端子的松脫、限位開(kāi)關(guān)與接近開(kāi)關(guān)的損壞等。隨著科技的發(fā)展，工控機(jī)與PLC和觸摸屏將更廣泛地進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，從市場(chǎng)角度來(lái)說(shuō)，它們互為補(bǔ)充，滿足不同用戶的需求。

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