摘要：本文介紹了觸摸屏結(jié)合PLC在壓鑄機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對該控制系統(tǒng)中的觸摸屏頁面設(shè)計和PLC的原理及作用進行了分析。
關(guān)鍵詞： PLC 觸摸屏 壓鑄機 抗干擾
中圖分類號：TP273
引言：壓鑄機作為有色金屬鑄件生產(chǎn)的重要裝備，通常是在現(xiàn)場環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴重的環(huán)境下工作，其供電系統(tǒng)也常受大負荷設(shè)備啟停的干擾，決定了其控制系統(tǒng)的高抗干擾性[1]。采用可編程邏輯控制器PLC，可利用其硬件和軟件上采取的一系列抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定可靠地工作。但單純的PLC控制系統(tǒng)不宜實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控以及工藝參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置和修改。若采用上位監(jiān)控計算機PC與PLC通信的方式進行監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，不僅投資成本高，而且上位機一般難于設(shè)置在壓鑄機高溫、輻射、高電氣干擾的生產(chǎn)現(xiàn)場，不便于現(xiàn)場操作人員對生產(chǎn)過程實施監(jiān)控和參數(shù)的在線設(shè)置。鑒于壓鑄機控制系統(tǒng)工藝參數(shù)較多，且需要人機交互，使用可靠性高的觸摸屏就是很好的選擇。通過觸摸屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)值并與生產(chǎn)實際值作比較，并可實時監(jiān)控到系統(tǒng)各工藝參數(shù)的大小和變化趨勢，實現(xiàn)報警、故障診斷等功能[2]，從成本、開發(fā)、維護上更適合于壓鑄機控制系統(tǒng)。
1．控制系統(tǒng)硬件組成與結(jié)構(gòu)原理
壓鑄機控制系統(tǒng)本身是通過各種接口與外圍設(shè)備與生產(chǎn)過程發(fā)生關(guān)系，并對生產(chǎn)過程的各個工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理和控制的。控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)組成框圖
現(xiàn)場控制級由PLC和觸摸屏組成，核心控制器PLC擴展一塊模擬輸入模塊，一塊模擬輸出模塊[3]。具體控制過程為：由行程開關(guān)和控制按鈕發(fā)出的開關(guān)信號指示出目前壓鑄機所作的動作，經(jīng)由模擬輸入模塊采集油壓、合型力、速度等模擬量即可檢測到壓鑄機工作的狀態(tài)，然后通過PLC邏輯運算，形成相應(yīng)的開關(guān)量輸出，同時通過模擬量輸出模塊控制流量、壓力比例閥，這樣整體控制壓鑄機的動作。同時，PLC把檢測到的壓鑄機狀態(tài)和動作信號送入觸摸屏，對各種故障進行診斷，并顯示一些重要的參數(shù)大小，如合型力、壓射速度等[4]，更為重要的是，用戶可以通過觸摸屏實時調(diào)整參數(shù)目的值，從而實現(xiàn)了實時監(jiān)控的作用，保證鑄件質(zhì)量，提高了生產(chǎn)率。
2 控制系統(tǒng)中PLC的作用
PLC作為控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心。通過接收開關(guān)量、模擬量輸入，經(jīng)處理后輸出開關(guān)量、模擬量去控制繼電器的動作，程序流程圖如圖2所示。
圖2 PLC運行框圖
PLC的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）初始化變量，設(shè)置自由通訊口協(xié)議和中斷協(xié)議；
（2）與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對觸摸屏輸入的信息進行處理；
（3）完成數(shù)字量與模擬量的相互交換；
（4）實時控制壓鑄機的動作狀態(tài)。
3．觸摸屏的應(yīng)用
觸摸屏界面由支持軟件進行編譯、設(shè)計，然后從支持工具下載到觸摸屏即可使用。觸摸屏與PLC之間通過RS232通信電纜進行連接。由PLC對觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進行讀寫達到兩者之間的信息交互[5]。
根據(jù)壓鑄機的控制和操作要求，共設(shè)計了主界面、輸入信號監(jiān)控界面、輸出信號監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置界面、澆注機輸入輸出界面和報警界面等六個主要的人機交互界面。壓鑄機各個部件的工作狀態(tài)、運行狀態(tài)都可在觸摸屏上動態(tài)顯示。
3.1主界面的設(shè)計
在主界面上建立壓鑄機動態(tài)監(jiān)控模型，實時顯示控制壓鑄機動作的主要電磁閥的狀態(tài)和壓鑄機工作時的各種工藝參數(shù)，如圖3所示，由它可以方便快捷地觀察壓鑄機在某一刻的工作狀態(tài)。
圖3 主界面
3.2 信號輸入監(jiān)控界面
點擊主界面上的輸入信號功能按鈕，進入輸入信號監(jiān)控畫面，如圖4所示，該界面包括控制系統(tǒng)中主機PLC所有的輸入信號，此項功能用來監(jiān)控輸入信號是否正常，以便完成觸摸屏的故障診斷功能。
圖4 信號輸入監(jiān)控界面
3.3信號輸出監(jiān)控界面
點擊主界面上的輸出信號功能按鈕，鏈接進入輸出信號監(jiān)控界面，如圖5所示，該界面顯示壓鑄機主機PLC所有的輸出信號，用信號燈的亮滅表示輸出信號的有無，此項功能主要用來監(jiān)控信號是否正常。
圖5 信號輸出監(jiān)控界面
3.4參數(shù)設(shè)置界面
點擊主界面上的參數(shù)設(shè)置功能按鈕，鏈接進入?yún)?shù)設(shè)置界面，如圖6（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，通過該界面可以根據(jù)用戶的需要和壓鑄機的質(zhì)量設(shè)置壓鑄機工作工藝參數(shù)，更好地起到人機交互性。
3.5澆注機界面
點擊主界面上的澆注機功能按鈕，進入澆注機輸入輸出界面，如圖7（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，該界面包括澆注機的輸入信號和輸出信號的監(jiān)控顯示燈，還有澆注機工作時的各個參數(shù)。
3.6報警界面
點擊主界面上的報警信息功能按鈕，鏈接到報警信息界面，如圖8（略，說見《鑄造縱橫》12期）所示，該界面將顯示所有壓鑄機相關(guān)的報警項目，包括壓力、溫度、液位等多個報警狀態(tài)。
4．結(jié)論：
本論文是遼寧省教育廳科學(xué)研究項目 “大型壓鑄機實時控制系統(tǒng)研究”的后期研究工作，將觸摸屏技術(shù)與PLC結(jié)合應(yīng)用于壓鑄機控制系統(tǒng)，具有如下特點：
（1）觸摸屏人機界面上設(shè)置的各種按鈕、開關(guān)、信號顯示燈、儀表等都是實物的替代品，觸控壽命長，大大提高了壓鑄機控制系統(tǒng)的可靠性。
（2）觸摸屏與PLC的連接通訊是通過軟件實現(xiàn)的，不占用PLC的I/O點，只需要中小型的PLC即可滿足壓鑄機的生產(chǎn)，節(jié)省了成本。
（3）通過PLC不少于2000次/秒的狀態(tài)檢測，可以檢測到狀態(tài)的瞬息變化，并對壓鑄機進行相應(yīng)實時的控制，誤動作發(fā)生的幾率幾乎為0，安全性能高。
（4）系統(tǒng)的程序接口簡單，用戶能夠很方便的進行系統(tǒng)的二次開發(fā)，靈活配置來適應(yīng)客戶的要求，很大程度上保證了整體系統(tǒng)的靈活性和可伸縮性。
參考文獻：
[1] 阜新壓鑄機廠；壓鑄機及其使用維修.
[2] TP7觸摸屏面板設(shè)備手冊[M],SIEMENS公司，1998
[3] W.Sequeira,R.Kind,R.Roberts;Optimization of Die Casting Part Design,Process Parameters and Process Control Using Newly Developed Die-casting Simulation Tools cincinnati ,Ohio;
2001 Transactions/Congress Sessions,Cincinnati
,Ohio, Oct 29-NOV 1, 2001 p.69-76
[4] 孫偉英，趙繼印，蓋爽，李西林；壓鑄工藝參數(shù)在線檢測及遠距離通信系統(tǒng)[J],沈陽：儀表技術(shù)與傳感器，2003，11
[5]齊蓉；可編程計算機控制器高級技術(shù)[M],西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002
