旋轉壓實(shí)儀控制系統的設計

1 引言
現代工業(yè)控制不斷朝著(zhù)智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、柔性制造系統不斷涌現，大大促進(jìn)了PLC等智能控制器在系統維護中的應用。與此同時(shí)人們對現場(chǎng)可操作性、可維護性要求也不斷提高。觸摸屏具有操作簡(jiǎn)單，界面友好，編程簡(jiǎn)單，與PLC通訊良好，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿(mǎn)足人們的這些要求，這使得觸摸屏技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。
旋轉壓實(shí)儀是用于加工性能檢測用瀝青標樣的機械電氣系統。因為瀝青標樣性能的檢測對于公路建設有很重要的意義，性能不合格的瀝青一旦用于高速公路建設，必然影響公路的建設質(zhì)量，甚至可能危及行車(chē)安全。因而檢測用標樣的加工工藝過(guò)程就很重要。該旋轉壓實(shí)儀集機械、電氣、儀表于一身，對其加工標樣有較高品質(zhì)要求，也就要求其電氣控制系統具有較高的自動(dòng)化和智能化。本文闡述了一種通過(guò)與觸摸屏通訊控制的PLC系統。

2 系統的工作原理和控制要求
圖1是旋轉壓實(shí)儀機械結構簡(jiǎn)單示意圖。本系統要實(shí)現直線(xiàn)和轉動(dòng)兩種運動(dòng)形式，共采用兩臺電機(如圖1)，一臺是直流伺服驅動(dòng)的控制蚰桿進(jìn)給的交流電機，實(shí)現可變速的直線(xiàn)運動(dòng)：另外一臺是由變頻器控制調速的轉盤(pán)控制的永磁低速電機，變頻器有兩段速輸出，低速段實(shí)現轉盤(pán)的偏心角度校正，高速段實(shí)現轉盤(pán)正轉和反轉運動(dòng)。全系統由電氣和機械系統配合控制，包括標高轉數測定、壓力檢測、測速等要求。另外還要有行程限位及接近開(kāi)關(guān)來(lái)對機械狀態(tài)進(jìn)行檢測，以確保系統的安全。全系統通過(guò)觸摸屏完成參數設定及顯示。
2．1 工作原理
該系統就是利用旋轉搖勻的原理，蚰桿進(jìn)給控制電機驅動(dòng)蚰桿，以額定速度使壓頭下行，到進(jìn)入滾筒前減速進(jìn)入滾筒。在整個(gè)下行過(guò)程中，不斷檢測壓頭所承受的壓力，壓頭抵到瀝青標樣，壓頭達到一定壓力，蚰桿進(jìn)給控制電機依據壓強和速度比例關(guān)系減速，同時(shí)轉盤(pán)轉動(dòng)控制電機帶動(dòng)轉盤(pán)搖轉，將瀝青標樣搖勻，并在壓頭的作用下壓縮成需要的標樣。
2．2 控制要求
①標高要求：蚰桿下行距離是通過(guò)計數蚰桿進(jìn)給控制電機的測速脈沖，再按照蚰桿進(jìn)給率轉換得來(lái)的。該系統的幾個(gè)運行階段都與高度有關(guān)，測速不準，測的高度不夠精確，就會(huì )影響到系統的安全運行，因而測速的精度要求很高。
②低速和調速要求：在壓頭壓縮瀝青標樣時(shí)，由于壓頭承受一定壓強，蚰桿一般都處在低速運行階段，蚰桿進(jìn)給控制電機運行速度太快，蚰桿進(jìn)給控制電機扭矩過(guò)大，壓頭的承受壓力過(guò)高，則會(huì )影響到系統安全運行。因而低速要求高。另外還要求蚰桿進(jìn)給控制電機在壓力變化自動(dòng)調整運行速度。
在系統自動(dòng)運行過(guò)程中，如何精確計數測速脈沖，如何精確地調速，都是本系統控制關(guān)鍵。
3 控制系統設計
3．1 控制系統功能
(1)實(shí)現旋轉壓實(shí)儀的基本功能；
(2)實(shí)現人機對話(huà)畫(huà)面；
(3)實(shí)現對系統運行過(guò)程中出現故障自我診斷功能，并通過(guò)人機畫(huà)面顯示；
(4)故障發(fā)生時(shí)，系統自動(dòng)停止，并同時(shí)發(fā)出聲音警報；
(5)能隨時(shí)打印必要的信息。
3．2 控制系統組成
如圖2所示，本系統選用松下FP0系列14點(diǎn)PLC，包括8點(diǎn)輸入點(diǎn)和6點(diǎn)輸出點(diǎn)，并有一個(gè)RS232C通訊口和一個(gè)RS422編程口。人機界面采用帶有RS232／RS485通訊口的PWSl711STN觸摸屏，人機通過(guò)RS232口與PLC進(jìn)行通訊。系統所需AC220，DC24V電源均由外部供給。

3．3 控制系統軟件設計
系統軟件設計主要由兩部分構成，一部分是觸摸屏的畫(huà)面設計，另一部分是PLC軟件設計。
(a)人機界面軟件設計
人機界面是用戶(hù)設定工藝參數的關(guān)鍵，以及信息顯示的重要設備。該系統采用的觸摸屏可支持與多種PLC語(yǔ)言通訊。其編程軟件ADP3提供了功能強大的巨集指令，在編程中可以大大節省PLC的程序容量，使PLC的控制精度及效率最佳化。
人機界面主要由兩部分組成，一部分是系統工作參數的設定，包括手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式兩部分。其中手動(dòng)工作方式主要是用于旋轉壓實(shí)儀的測試階段，自動(dòng)工作方式用于旋轉壓實(shí)儀的自動(dòng)運行，?其中自動(dòng)運行有兩種轉數和標高控制兩種模式；另一部分是報警功能設置。
整個(gè)人機畫(huà)面包含有以下畫(huà)面：主畫(huà)面(圖3)、自動(dòng)方式畫(huà)面(圖4)、手動(dòng)方式選擇畫(huà)面(圖5)、警報畫(huà)面(圖6)。
主畫(huà)面(如圖3)包括運行最大壓強設定、壓頭工作最小壓強設定、進(jìn)桶前最大壓強設定、自動(dòng)方式選擇、手動(dòng)測試方式選擇。

自動(dòng)方式畫(huà)面用于旋轉壓實(shí)儀自動(dòng)運行階段(如圖4)，包括運行狀態(tài)顯示，標高設定、轉盤(pán)控制電機正反轉數設定、當前標高顯示、剩下轉數顯示、當前壓強顯示。此外還包括有兩種控制模式選擇(轉數控制和標高控制)以及還有打印按鈕，其中打印功能通過(guò)編輯人機界面中的巨集指令來(lái)實(shí)現。
手動(dòng)測試畫(huà)面(如圖5)用于旋轉壓實(shí)儀測試階段，包括兩臺電機六種運行方式，目的是為了檢測當前各個(gè)電機是否可以正常工作。
警報畫(huà)面(如圖6)顯示運行過(guò)程中有可能出現的故障信息，共有四種可能的故障信息，壓頭未對準圓桶，壓力超過(guò)最大壓強，標高超過(guò)H1，標高低于H4(圖1所示)。

(b)PLC軟件設計
PLC程序以循環(huán)方式執行，從主程序開(kāi)始執行，執行完畢后，然后再回到主程序，程序掃描周期為幾毫秒。整個(gè)PLC程序是在松下的FPWIN平臺上用布爾梯形圖完成。整個(gè)系統的轉數控制模式的PLC流程如圖8所示，標高控制模式過(guò)程類(lèi)似。

在PLC程序現場(chǎng)調試過(guò)程中，碰到了一些問(wèn)題，例如從壓力傳感器轉化過(guò)來(lái)的壓力值波動(dòng)很大，對系統穩定運行造成很大的影響，所以在程序中采用數字濾波的方式，消除壓力值的波動(dòng)，使系統穩定、安全地運行。
4 結束語(yǔ)
可編程控制器與觸摸屏的結合可用在許多工控領(lǐng)域，在旋轉壓實(shí)儀中的應用只是一個(gè)很典型的實(shí)例。該系統已經(jīng)應用于現場(chǎng)，性能可靠，控制精確，人機對話(huà)友好，能完全滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求，完全可以替代國外同類(lèi)產(chǎn)品。

參考文獻：

［１］弭洪濤．可編程序控制器(PLC)原理和應用［Ｍ］．北京：中國水力出版社，1999
［２］松下電工株式會(huì )社．FP0 programming manual［Ｓ］．大阪，2000
［３］Hitech Corp．工業(yè)級人機界面使用手冊［Ｓ］．臺灣，2000