基于觸摸屏PLC一體機的空壓機組控制系統(tǒng)設(shè)計

王雄

摘要：空壓機組是一個由多臺空壓機、PLC電氣系統(tǒng)等組成的復(fù)雜工業(yè)集成系統(tǒng)，該類系統(tǒng)具備空壓機自動運行和停機功能，動作復(fù)雜且具有嚴(yán)格的先后邏輯關(guān)系?，F(xiàn)基于目前市場上經(jīng)濟、便捷的觸摸屏PLC一體機進行空壓機組控制系統(tǒng)的設(shè)計，從現(xiàn)場實際需求出發(fā)，對3臺空壓機進行邏輯梳理和設(shè)計，從而實現(xiàn)自動控制，保證空壓機組在實際運行過程中動作順暢、性能穩(wěn)定、可靠性高。

關(guān)鍵詞：空壓機組;控制系統(tǒng);觸摸屏PLC一體機

0 ? ?引言

觸摸屏PLC一體機作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的三大支柱之一，具有編程調(diào)試方便、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。福建農(nóng)林大學(xué)的彭亞楠等人[1]，運用觸摸屏PLC一體機設(shè)計的太陽能熱水控制系統(tǒng)，其運行穩(wěn)定，操作方便明了，能很好地滿足使用者的要求，同時具有良好的經(jīng)濟效益。廣西廣播電視技術(shù)中心北海分中心的陳冠強等人[2]，基于觸摸屏PLC一體機設(shè)計了發(fā)電機主備蓄電池智能測評及轉(zhuǎn)換裝置，該系統(tǒng)在運行的一年多時間中，操作方便，工作穩(wěn)定可靠，能避免蓄電池故障導(dǎo)致發(fā)電機不能正常啟動的問題，確保了廣播電視安全播出。天津農(nóng)學(xué)院的何建祥[3]，基于觸摸屏PLC一體機設(shè)計了潮汐模擬發(fā)電裝置，外觀簡潔，有科技感，并且觸摸屏的操作十分直觀、方便，減少了人工工作量。綜上可以發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)在眾多領(lǐng)域運用已經(jīng)非常成熟，并且取得了較好的使用效果，也積累了大量寶貴的經(jīng)驗，不過該種方法在空壓機組的應(yīng)用上目前處于空白狀態(tài)。

當(dāng)前，制造業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備的使用幾乎都需要利用壓縮空氣進行驅(qū)動，壓縮空氣是除了電源之外的被公認(rèn)為第二大的動力能源[4]，且目前大部分企業(yè)都會配置多臺空壓機，其獨立控制和運行產(chǎn)生了大量的運營成本浪費，所以，設(shè)計一套空壓機組控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。同時，該項設(shè)計研究，可以為未來類似空壓機組的控制改善提供實際經(jīng)驗和案例。

1 ? ?設(shè)計背景和需求

A公司是一家專業(yè)從事五金零配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的制造型企業(yè)，參與制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并作為行業(yè)表率，發(fā)展勢頭和前景良好，但因同行企業(yè)數(shù)量眾多，市場競爭非常激烈，成本優(yōu)勢成為未來企業(yè)立足行業(yè)發(fā)展的重要因素。在A公司的年度成本分析中，3臺空壓機用電成本占總用電成本的20%。降低空壓機用電成本可以有效降低營運成本，提升企業(yè)產(chǎn)品成本優(yōu)勢，讓企業(yè)獲得更好的發(fā)展。

本次設(shè)計是針對3臺單獨的空壓機，白天是正常生產(chǎn)時間，所以開啟的數(shù)量是2臺，晚上因為只有一小部分人加班，所以開啟的數(shù)量是1臺。設(shè)計時，3臺中任意2臺可以開啟組合，使其組成1個空壓機組，有單獨的統(tǒng)一控制方式，以此達到分時段控制空壓機啟動的數(shù)量、合理供氣、減少設(shè)備使用成本的目的。在設(shè)計時，需要同時考慮現(xiàn)場管道的長度、直徑、流程，空壓機房和管道的布局走向尺寸，未來控制系統(tǒng)和設(shè)備的操作可行性等一系列問題。

本文研究的是基于觸摸屏PLC一體機的空壓機組控制系統(tǒng)的問題，故僅針對觸摸屏PLC一體機部分做擴展設(shè)計說明?？諌簷C組控制的設(shè)計使用觸摸屏PLC一體機作為系統(tǒng)主要的載體，是整個系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵所在，在對比功能需求和使用成本后，本次研究項目選擇中達優(yōu)控A型5寸24MR-FX型號的觸摸屏PLC一體機來進行系統(tǒng)控制。下文將對設(shè)計要點進行詳細說明。

2 ? ?設(shè)計要點

2.1 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的空壓機組控制系統(tǒng)由中達優(yōu)控觸摸屏PLC一體機A型5寸24MR-FX、臺灣明緯開關(guān)電源LRS-100-24、IFM易福門壓力傳感器PN7000、正泰繼電器JZX-22F（D）/

3Z、坤雄牌電動球閥DN65等部分組成，空壓機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1、圖2所示。

PLC梯形圖編寫后通過數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)與一體機的數(shù)據(jù)傳送互聯(lián)。觸摸屏PLC一體機的開關(guān)量輸入為電動閥信號、急停開關(guān)和壓力傳感器;繼電器輸出信號控制電動閥和各臺空壓機的開關(guān)。GX Developer為三菱PLC的編程軟件[5]，具有程序開發(fā)、維護、參數(shù)設(shè)定、在線監(jiān)控、診斷等功能。要安裝這個軟件，先要打開GX編程軟件MELSOFT＼

Enamel里的環(huán)境包，打開GX Developer里的SETUP.EXE安裝文件，開始安裝，中間會要求輸入ID序列號，安裝時關(guān)閉殺毒軟件，完成后再打開。安裝完成后打開編程軟件進行梯形圖編寫與測試，輸入/輸出端口分配如表1、表2所示。

2.2 ? ?系統(tǒng)軟件設(shè)計

本文設(shè)計的控制系統(tǒng)主要分為兩層，第一層是控制層，包括上傳好程序的觸摸屏;第二層是現(xiàn)場層，現(xiàn)場層主要包含壓力傳感器和電動閥控制的空壓機組，根據(jù)程序設(shè)定的規(guī)則進行管道開關(guān)的切換和空壓機啟?？刂?。

YK Builder是一款觸摸屏編程軟件，使用這款軟件能夠快速進行編輯，并且這款軟件支持按鈕以及流動塊的添加，操作方法十分簡單。

YK Builder提供了強大的編程功能：可以幫助用戶進行觸摸屏設(shè)計，可以對控制設(shè)備建立通信方案，可以將設(shè)備的全部控制內(nèi)容輸入到編輯，支持將邏輯控制設(shè)備的系統(tǒng)放到軟件上編程，支持功能按鈕、流動塊、圖片顯示，可以選擇GIF動畫、動態(tài)圓、動態(tài)矩形等形狀。其編程方式非常簡單，軟件將需要的控件排列出來，例如可以在觸摸屏選擇圖片移動、消息顯示、XY趨勢圖等，也支持在軟件上編輯儀表、多功能鍵、歷史報警等功能。

觸摸屏HMI編程軟件使用全中文編輯軟件You Kong_

Soft V3.0，編輯方便簡單，支持撤銷、重做、鼠標(biāo)框選、跨各類工程的復(fù)制和粘貼;程序空間共計16 000步，不用電池記憶，無須維護;支持字體選擇功能，寄存器數(shù)字、文本漢字顯示都可自由選擇字體;指示燈ON/OFF圖畫可以更換成任意圖畫;支持多種格式圖畫文件，動態(tài)圖畫功能可實現(xiàn)256幅圖畫切換顯示等等。本次設(shè)計過程中，主頁界面布置了自動控制、手動控制、檢修控制和參數(shù)設(shè)定界面。