基于觸摸屏的PLC教學(xué)改革與研究

（天津天獅學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300000）

0 引言

可編程邏輯控制器是自動化專業(yè)的核心課程之一，針對PLC教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行教學(xué)改革，以觸摸屏與PLC相結(jié)合，以工程項(xiàng)目仿真實(shí)施針對性課題的教學(xué)。

1 PLC與觸摸屏的簡介

PLC是以數(shù)字運(yùn)算操作進(jìn)行相關(guān)控制的電子系統(tǒng)，中文名為可編程邏輯控制器。PLC集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能、通信功能、高速度數(shù)字量信號智能控制功能等高端技術(shù)于一身，使其不可動搖地成為控制系統(tǒng)的核心。在現(xiàn)在的PLC行業(yè)中，S7-200系列PLC是德國西門子電氣公司所生產(chǎn)的比較實(shí)用的產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于小型控制系統(tǒng)中[1]。

觸摸屏是一個可編程終端，使控制系統(tǒng)更人性化、人機(jī)交互更方便快捷。西門子觸摸屏面板TP177A是免維護(hù)設(shè)計(jì)，背光顯示屏使用壽命長，帶有現(xiàn)成的圖形對象等特點(diǎn)。其使用方便，操作簡單，性價(jià)比高，適用于機(jī)器與設(shè)備的操作控制與監(jiān)控。

2 觸摸屏與PLC相結(jié)合的教學(xué)構(gòu)思

PLC的控制對象大多數(shù)都是龐大的工業(yè)設(shè)備，存在于復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室不太現(xiàn)實(shí)，但是如果用計(jì)算機(jī)、觸摸屏等設(shè)備對被控對象進(jìn)行仿真，模仿被控對象的運(yùn)動過程，學(xué)生可以對控制過程有一個感性認(rèn)識，在降低教學(xué)成本的同時(shí)，并沒有降低教學(xué)的質(zhì)量。觸摸屏技術(shù)是現(xiàn)今發(fā)展很快的高新技術(shù)，將觸摸屏引入到PLC實(shí)驗(yàn)中，通過觸摸屏的仿真軟件制作被控對象，之后將PLC和觸摸屏進(jìn)行通信連接，這樣，在觸摸屏上既可以控制PLC，也可以顯示由PLC控制的被控對象的動作過程。文中提出了通過模擬仿真和觸摸屏技術(shù)來模擬被控對象的新型PLC的模式作為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而為學(xué)生提供一個很好的實(shí)踐操作平臺，在直觀形象地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的前提下，也為學(xué)校節(jié)約了大量的經(jīng)費(fèi)和維護(hù)設(shè)備的人力。

3 自控飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

以自控飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)為例，是利用觸摸屏和PLC相結(jié)合的典型應(yīng)用。課題主要利用西門子S7-200 PLC與觸摸屏對自控飛鋸切割機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)飛鋸控制系統(tǒng)的同時(shí)，繪制自控飛鋸的PLC外部原理接線圖和電氣總接線圖，而在飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要采用高速計(jì)數(shù)器和旋轉(zhuǎn)編碼器來控制飛鋸自控運(yùn)行，利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)送到PLC的脈沖信號，來計(jì)算速度，根據(jù)飛鋸切割機(jī)的工作原理編寫PLC程序，組態(tài)飛鋸的觸摸屏畫面，然后下載到PLC和觸摸屏進(jìn)行模擬運(yùn)行[2]。

3.1 自控飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置

自控飛鋸變頻節(jié)能控制系統(tǒng)中所需要接點(diǎn)輸入輸出端口共22個。根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)和控制內(nèi)容繪制自控飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)的PLC原理接線圖，在西門子S7-200PLC中CPU226高速計(jì)數(shù)器HSC0通道對應(yīng)的PLC輸入點(diǎn)為I0.0、I0.1和I0.2，HSC1通道對應(yīng)的PLC輸入點(diǎn)為I0.6、I0.7和I1.0。

在自控飛鋸的控制過程中，主要是利用小電流信號控制大電流的形式，由西門子S7-200PLC輸出控制中間繼電器KA，再由中間繼電器KA的觸點(diǎn)控制交流接觸器的線圈吸合或者功率負(fù)載。在控制電路里，由空氣開關(guān)QS、急停開關(guān)SA、手動按鈕SB、交流接觸器KM、中間繼電器常開觸點(diǎn)KA、指示燈HL組成，并且每一個設(shè)備都配置了手動點(diǎn)動功能。

自控飛鋸的鋸車是靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動啟動運(yùn)行的，應(yīng)用步進(jìn)驅(qū)動器前要先對步進(jìn)驅(qū)動器進(jìn)行工作電流的設(shè)置和細(xì)分設(shè)置，工作電流可以在步進(jìn)電機(jī)機(jī)身銘牌上看到步進(jìn)電機(jī)額定工作電流來設(shè)置SW1、SW2、SW3組合。工作細(xì)分要根據(jù)實(shí)際步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖個數(shù)來設(shè)定，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速來設(shè)置細(xì)分開關(guān)，細(xì)分設(shè)置SW5、SW6、SW7、SW8組合。

3.2 軟件的設(shè)計(jì)與組態(tài)

自控飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)主要是對飛鋸切割機(jī)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控操作，利用旋轉(zhuǎn)編碼器采集速度，高速計(jì)數(shù)器對旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)送過來的脈沖計(jì)數(shù)，然后把脈沖轉(zhuǎn)化為速度、位移等信息數(shù)據(jù)，然后控制鋸車的運(yùn)行，監(jiān)控鋸車的運(yùn)行速度，對切割裝置和夾緊裝置進(jìn)行操作運(yùn)行[3]。程序功能有初始化，頻率采集，測速輥速度計(jì)算，高速計(jì)數(shù)器通道數(shù)據(jù)設(shè)置，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，調(diào)用中斷，夾緊裝置控制，抬鋸落鋸控制，鋸車位置檢測。

自控飛鋸監(jiān)控控制系統(tǒng)的畫面設(shè)計(jì)首先建立項(xiàng)目，在這里把飛鋸監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)稱為一個項(xiàng)目，然后設(shè)備選擇，在創(chuàng)建完空的項(xiàng)目后選擇觸摸屏型號，如西門子TP177A型。最后組態(tài)畫面，完成畫面的制作，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與核心控制器件PLC之間的通信連接，建立畫面上的元件與PLC變量之間的對應(yīng)關(guān)系等[4]。

3.3 調(diào)試運(yùn)行

當(dāng)開啟自控飛鋸運(yùn)行系統(tǒng)后，系統(tǒng)初始化并進(jìn)入運(yùn)行操作狀態(tài)，將操作方式切換到手動狀態(tài)時(shí)，可以手動操作鋸車前進(jìn)后退、抬鋸落鋸、緊夾松夾。參數(shù)設(shè)定后，進(jìn)行單根鋸切，當(dāng)單根鋸切完畢后，寄存當(dāng)前數(shù)據(jù)，這時(shí)可以切換到自動狀態(tài)，鋸車返回原點(diǎn)后，計(jì)算當(dāng)前管速、小車當(dāng)前位置、焊管移動位移和焊管余長后，啟動鋸車位置跟蹤移動，同時(shí)通過高速計(jì)數(shù)器采集計(jì)算出鋸車當(dāng)前運(yùn)行速度，當(dāng)鋸車運(yùn)行速度等于焊管移動速度后，鋸車上的夾緊裝置夾緊，切割裝置進(jìn)行落鋸切割，當(dāng)焊管切割完畢后，切割裝置抬鋸，抬鋸到位后，夾緊裝置松開，當(dāng)松開完畢后，鋸車返回原點(diǎn)，當(dāng)鋸車返回到原點(diǎn)限位后，等待下一次的運(yùn)行切割，如果在運(yùn)行期間按下停止按鈕，那么系統(tǒng)馬上進(jìn)行急停剎車。在實(shí)驗(yàn)室模擬測試中，可以在觸摸屏上清楚的看到自控飛鋸的運(yùn)行情況，達(dá)到了所需要的設(shè)計(jì)效果。

4 結(jié)束語

PLC的控制功能十分強(qiáng)大，而觸摸屏能夠提供友好的人機(jī)交互界面，將二者結(jié)合形成的控制系統(tǒng)不僅能夠拓展PLC的性能，還能有效激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣與創(chuàng)新思維。從基于PLC和觸摸屏仿真軟件的應(yīng)用可以看出，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，簡單易學(xué)，能更好地為實(shí)踐教學(xué)服務(wù)。