基于PLC+觸摸屏技術(shù)的多通道信號檢測和存儲研究

夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東 118000)

基于PLC+觸摸屏技術(shù)的多通道信號檢測和存儲研究

夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東 118000)

基于MCGS組態(tài)軟件和S7-200PLC為控制核心，設(shè)計完成一個測試裝置，可以對某敏感元件廠的溫度開關(guān)產(chǎn)品進行溫度測試和質(zhì)量控制。本課題利用MCGS組態(tài)軟件對現(xiàn)場工況進行組態(tài)，完成現(xiàn)場生產(chǎn)線的動態(tài)仿真畫面；利用PLC控制器進行數(shù)據(jù)采集、處理并與MCGS平臺進行通訊，最終實現(xiàn)對溫度開關(guān)進行全面監(jiān)控；利用MCGS組態(tài)軟件的統(tǒng)計功能，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的進行存儲、并實現(xiàn)數(shù)據(jù)索引、歷史報表和歷史回放、打印與導(dǎo)出等功能。

S7-200PLC；MCGS組態(tài)軟件；數(shù)據(jù)存儲

近年來,隨著計算機控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的企業(yè)將從前的人工操作轉(zhuǎn)換為計算機控制和自動化生產(chǎn)，自動化程度較大地提高[1]。本課題主要針對丹東鴨綠江敏感元件生產(chǎn)廠，該廠主要生產(chǎn)各種類型的溫度開關(guān)，溫度繼電器和溫度傳感器。傳統(tǒng)的產(chǎn)品檢測方式自動化程度較低，并且在產(chǎn)品質(zhì)量檢測上始終沒有實現(xiàn)自動化設(shè)計。本課題設(shè)計的48路溫度開關(guān)產(chǎn)品試驗控制系統(tǒng)采用觸摸屏技術(shù)和MCGS組態(tài)技術(shù)和PLC控制器，實現(xiàn)了溫度開關(guān)的自動化測試。

1 總體構(gòu)成

本系統(tǒng)控制部分利用S7-200系列PLC作為控制核心，完成對加熱爐內(nèi)油溫的精確控制的同時，通過I/O口擴展模塊對多路溫度開關(guān)的開關(guān)量信號進行采集管理；上位機采用昆侖通態(tài)TPC7062觸摸屏作為人機界面，完成現(xiàn)場監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印功能；現(xiàn)場控制部分則包括在氣動運動控制系統(tǒng)，油溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)整機集成性好，無須其它輔助控制。本系統(tǒng)操作方便、智能化高，實現(xiàn)了產(chǎn)品測試系統(tǒng)自動化運行，并且實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠控制。

2 MCGS監(jiān)控系統(tǒng)

工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件MCGS(Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，目前是國內(nèi)主要的上位機組態(tài)監(jiān)控軟件。該系統(tǒng)支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與設(shè)備輸出，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際問題的方案，在自動化的各個領(lǐng)域起著極其重要的作用[2]。

MCGS監(jiān)控系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分，用戶所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，它幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。運行環(huán)境必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

3 西門子S7-200系列

SIMATIC S7-200系列是西門子公司20世紀(jì)90年代投入市場的小型可編程序控制器，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。CPU由控制器、運算器和寄存器組成，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線CPU與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接[3]。

S7-200采用循環(huán)掃描方式，一個掃描周期一般包括五個階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)

行CPU自診斷測試和寫輸出。

4 MCGS組態(tài)界面

用戶窗口是由用戶來定義的、用來構(gòu)成MCGS圖形界面的窗口。用戶窗口是組成MCGS圖形界面的基本單位，所有的圖形界面都是由一個或多個用戶窗口組合而成的，它的顯示和關(guān)閉由各種策略構(gòu)件和菜單命令來控制[4]。本課題的上位機界面由10個界面組成，分別是主界面、實時顯示、歷史報表、參數(shù)設(shè)置和其他窗口等，如圖2所示。

圖2 用戶窗口圖

“主界面”是上位機的主要顯示界面，該界面由控制部分，顯示部分、執(zhí)行過程仿真部分和控制按鈕部分組成。其中控制部分由手動控制和自動控制兩部分重疊顯示，界面由屏幕右側(cè)的切換按鈕控制；顯示部分則利用下來菜單顯示出各種產(chǎn)品的型號、產(chǎn)品檢測的批次、每次檢測的48個溫度開關(guān)中合格數(shù)目和本次的測試溫度；屏幕下方為元件落盤測試的仿真顯示部分，該界面可鏈接到現(xiàn)場環(huán)境，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行，如圖3所示。

圖3 主監(jiān)控界面

圖4 溫度開關(guān)動作溫度和復(fù)位溫度監(jiān)控界面

“實時顯示”界面實時記錄48路溫度開關(guān)的動作溫度和復(fù)位溫度，用戶可在此界面中監(jiān)視本次測試的48個溫度開關(guān)的狀態(tài)、動作溫度和復(fù)位溫度，這些數(shù)據(jù)都具有歷史存儲功能，可存儲在實時數(shù)據(jù)庫中的動作溫度和復(fù)位溫度的數(shù)據(jù)組中，為顯示歷史表格使用，如圖4所示。

圖5 參數(shù)設(shè)置監(jiān)控界面

“參數(shù)設(shè)置”界面則由溫度設(shè)置和產(chǎn)品設(shè)置兩部分組成，“溫度設(shè)置”用于設(shè)置測試油的溫度上限和溫度下限，產(chǎn)品設(shè)置則用于設(shè)置產(chǎn)品型號以及合格溫度，如圖5所示。

圖6 實時和歷史合格產(chǎn)量曲線顯示界面

圖7 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面

MCGS組態(tài)軟件還提供了實時曲線構(gòu)件和歷史曲線構(gòu)件[5]，利用該構(gòu)件可以關(guān)聯(lián)相應(yīng)的油溫，產(chǎn)量等變量，實時顯示這些數(shù)據(jù)。歷史曲線構(gòu)件則可以瀏覽歷

史數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)的變化可以很好的體現(xiàn)和描述。實時和歷史合格產(chǎn)量曲線用于顯示每個批次測量的合格產(chǎn)品數(shù)和歷史合格產(chǎn)品數(shù)，通過歷史曲線可以觀察到，如圖6所示。

MCGS組態(tài)軟件可以利用數(shù)據(jù)庫保存和處理數(shù)據(jù)，用戶通過歷史報表可以監(jiān)控過去的一年時間里，該測試系統(tǒng)測試的每一次批溫度開關(guān)的狀態(tài)，包括型號、合格溫度、合格數(shù)和測試時間等。

圖8 溫度控制模塊轉(zhuǎn)換程序

5 PLC程序設(shè)計

圖9 溫度讀取轉(zhuǎn)換程序

設(shè)計采用CPU224XP控制器，主要用于信號控制系統(tǒng)、測試盤下方系統(tǒng)和加熱控制系統(tǒng)。其中溫度控制系統(tǒng)采用PT100熱電阻將溫度信號裝換成4-20mA的模擬量，并傳送到EM231中，EM231處理后變?yōu)閿?shù)字信號送入PLC存儲器中，本程序中設(shè)計了一個100ms的中斷程序來讀取當(dāng)前的溫度值，并進行標(biāo)度變化送入PID模塊，與預(yù)設(shè)溫度比較后完成PID運算，運算結(jié)果變成PLC標(biāo)準(zhǔn)信號后，經(jīng)模擬量處理模塊EM23轉(zhuǎn)換成模擬信號送入溫度控制單元，從而改變加熱棒的加熱速度，在冷卻風(fēng)扇的作用下，使溫度穩(wěn)定，完成溫度控制。下圖為溫度控制模塊的轉(zhuǎn)換程序和溫度讀取程序，如圖8，圖9所示。6結(jié)語

(1)MCGS組態(tài)軟件設(shè)計的監(jiān)控畫面具有的動態(tài)效果，可以模擬工業(yè)現(xiàn)場的執(zhí)行過程，還可以對現(xiàn)場的控制器參數(shù)值進行設(shè)定和修改，

(2)利用MCGS可監(jiān)控溫度開關(guān)的實時狀態(tài)，利用實時曲線、歷史曲線和歷史報表可以觀察出產(chǎn)品的合格率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)利用S7-200系列PLC可作為現(xiàn)場控制器，采用PLC和MCGS雙重控制的方式，合理分配了現(xiàn)場監(jiān)控和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制的任務(wù)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，大幅度降低了工程時間和人力物力的消耗。

[1]中泰技術(shù)研究所.MCGS組態(tài)軟件手冊.[EBOL]http://wenku.baidu.com/view/965db878a26925c52cc5bf ed.html

[2]羅宇航.流行PLC實用程序及設(shè)計[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2006.

[3]SIEMENS(Chinese)LimitedCompanyAutomationand Actuation group.S7-200 English System handbook［DB］.

[4]王永華,宋寅卯,陳玉國,鄭安平.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003,9

[5]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

(責(zé)任編輯：文婷)

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10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.04.0015