电控柜检测系统设计中PLC―触摸屏的应用
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摘 要：首先对某工厂的电控柜控制检测系统进行简单的案例分析，对电控柜控制检测系统构成和控制要求进行概述，同时对电控柜检测系统如何选择合理的硬件设备进行探讨，最后重点对电控柜检测系统的软件设计分析阐述。通过将触摸屏和PLC进行有机的结合使用，对操作的灵活性和控制程序的灵活性有了非常明显的提高，而且整个系统的稳定性非常的不错，操作简便，有非常大的应用空间。
在工业生产对自动化、智能化的要求不断提高下，PLC得到了广泛的运用，在当前工业生产过程中具有可编程控制功能的PLC是一种比较新型的自动控制设备，是一种专门针对工业生产控制研发的一种数据处理设备，在硬件方面和微型电脑是一致的。它具有体积小、抗干扰能力强、适用性强、可靠性高等方面的优点，在工业生产的过程中被普遍使用。
1 案例简介
某工厂的电控柜控制检测系统主要是用来对压缩机各工艺参数进行监控，一次检测元件安装在压缩机机身及其管道、仪表架以及电机接线盒内，所有的检测点都安装了压力变送器、温度变送器或铂热电阻。电控柜需要对以上参数（23个状态）进行监控并远传4～20mA信号至用户的DCS系统。如果采用常规的继电保护控制回路，则电控柜内需要安装23块智能数字显示控制变送仪及大量的中间继电器、信号指示灯等，这样的话电控柜内元器件多、接线复杂，提升了故障的发生率。而如果采用PLC+触摸屏的方式对该压缩机各工艺参数进行监控，则实现了自动化的信息操作控制，且PLC和用户上位机之间使用串口进行连接，通过约定的通讯协议可将现场的参数直接远传，连线也非常的简单。
2 系统的构成和控制要求
2.1 系统的结构组成和工作原理
本电控柜控制检测系统主要使用西门子公司生产的触摸屏和PLC构成，在系统进入到运行状态时，压缩机主机，油泵电机的运行状态和压缩机各工艺参数都会通过触摸屏清晰的显示出来，触摸屏的主要作用是用来作为人机交互界面。PLC和触摸屏之间的数据通信传输是利用组态变量连接进行的。另外PLC根据检测数据和设计好的程序来进行比较运算，输出不同的指令对压缩机进行控制。以此来达到电控柜对压缩机各工艺参数检测的目的，完成检测控制任务。
2.2 对控制的要求
该检测终端设备主要是由一个触摸屏、一个PLC、六个模拟量输入扩展模块组成。所有的模拟量输入信号都为DC24V 4～20mA，这些信号是由一次检测元件经信号隔离器或变送器传输过来的。同时PLC可继电器输出，来控制压缩机的启停、联锁控制输出以及相应的故障报警与指示等。
3 选择合理的硬件设备构成控制系统
3.1 选择的触摸屏类型
触摸屏主要选择西门子公司生产的触摸屏，型号为MP278，大小为10寸，触摸屏的分辨率为640*480，共有65K色彩，屏幕材质为TFT显示屏。同时屏幕上还配备了两个USB接口、一个PROFIBUS接口、TET材质的彩色屏幕、一个和PROFINET进行连接的以太网接口、SD多媒体卡组合插槽。
3.2 选择PLC的型号
此工厂选择由西门子生产的S7-200 PLC，该PLC具有性能良好、品种优良等方面的优点，有非常大的适用范围。主要在自动化相关工业领域和自动化监测领域使用最为普遍。此PLC系统使用性价比比较高的224 XP CN型CPU 进行控制，此CPU一共有二十四个I/O点容量，分别为十四点数字量输入端口、十点数字量输出端口。另外在本体上还分别集成了两个模拟量输入端口、一个模拟量输出端口和两个RS-485信息传输端口，可允许扩展的I/O模块数最大为7块。安装的模拟量输入扩展模块，含有四个模拟输入点。在电控柜检测系统中主要对PLC技术的高控制能力、高逻辑判断能力、高可靠性、高抗干扰性进行了充分的利用。在硬件方面PLC主要使用滤波措施和隔离措施对干扰进行了消除和抑制。有非常好的扩展性。另外在不对硬件进行调整的情况下，只通过对软件进行改变就可以对需要的功能进行实现。有非常不错的可移植性。
4 对电控柜检测系统的软件进行设计
控制系统的软件主要是由PLC梯形图程序和触摸屏软件程序构成的，其中PLC梯形图程序主要是对用户设置参数进行处理和接受的，并根据参数来对实现对继电器进行控制的目的，在运行过程中是根据PLC的扫描周期进行循环运行的，触摸屏软件主要是用来显示压缩机各工艺参数的，同时可启、停压缩机主机、油泵电机、故障复位、运行时间累积等。
4.1 设计PLC 梯形图
在对PLC梯形图进行编制的过程中，要在STEP7-Micro/Win的环境中对编程软件进行运行，进而对PLC梯形图进行设计。在对程序进行初始化操作后，就可以进入到了系统操作界面，此时就可以进行相关指令的输入。PLC根据检测到的工艺参数值与设定值做比较，如果测量值高于（或低于）设定值时，则故障联锁继电器动作，压缩机停止运转。排除故障后方可再次允许启动压缩机。PLC程序框图如下图1所示。
4.2 对触摸屏的人机界面进行设计
西门子组态软件上有很多的图形控件、多组控制器件库和功能组件，控制系统的当前过程值和操作状态都是通过组态进行控制和显示的。为了达到检测的目的，实现压缩机系统的保护，可以使用人机操作界面对监控系统进行操作，对PLC系统中的数据进行实时的记录、显示处理和存储。并利用触摸开关将各类命令传送到PLC。在设计触摸屏的程序时，需要考虑触摸屏的信息、画面的设计以及如何有效的和PLC程序联系起来的方法，主要有下面三个环节，具体为：（1）变量的设定。触摸屏幕对PLC控制和参数的输入是通过在PLC对应的I/O点及存储单元和触摸屏的组态功能建立联系来实现的。（2）设计人机界面的可视化。在对人机界面进行设计的过程中，主要需要对压缩机的“控制画面”、“数据显示”、“报警记录”、“参数设置”、“控制要求”、“其它选项”、“公司信息”、“计算器” 界面等进行设计，当画面建设完成后，要将控制按钮、功能按钮、文本显示格式、指示灯显示格式等进行具体的设置。（3）对通信参数进行设定。当PLC通信和触摸屏的通信建立完成后，需要对MPI网络进行建设，将触摸屏作为建设的主站，PLC作为建设的从站，两个站之间的波特率组态为188.6kbps.（4）组态PC和触摸屏之间是使用PC-PPI编程电缆进行连接的，通信方式是使用的RS-485，将波特率设置为9.7kbps。
5 结语
此电控系统在电控柜生产厂家进行调试运行后，然后便进入了工业现场的安装阶段，安装后压缩机的所有工艺参数均可在触摸屏上正常的显示，电控柜检测系统也就完成了预先制定的检测目的。在对压缩机工艺参数进行检测的过程中，为了对人机界面的灵活性以及控制程序进行提升，可以使用PLC-触摸屏结合的方法进行控制。为了可以对设备工作的数据情况和设备的工作状况有详细的了解，当系统出现故障时作业人员可以对设备的工作状态进行准确的掌控，对故障进行及时的处理，可以使用触摸屏来作为各类信息的显示媒介。而且基于PLC-触摸屏的电控柜检测系统和常规的试验检测方法进行对比，省去了仪表、指示灯、按钮、开关等设备，有效的降低了PLC的I/O点数，对设备之间的连线和设备硬件进行了合理的减少，降低了事故的发生率，提升了管理水平和监控水平。
参考文献
[1] 钟波，赵华军.基于三菱PLC控制的机械手应用[J].内江科技，2010（6）：92.
[2] 王小玲.工业机械手的PLC控制[J].机电工程技术，2004（9）：32-34.
[3] 严纪兰，董峰，李明亮.基于PLC控制的搬运机械手的应用[J].机械工程与自动化，2008（2）：156-157.
个人简介
王海霞（1979 年7 月-），女，汉族，山东省寿光市纪台镇人，大学本科，工程师，电气工程及其自动化，现从事的工作为压缩机配套电控柜的设计。
作者单位
江西气体压缩机有限公司 江西省赣州市341000