基于MC G S與P L C的玻璃鋼水箱多孔鉆控制系統設計

德州職業技術學院 梁 強

玻璃鋼SMC水箱具有重量輕、無銹蝕、不滲漏、水質好、使用范圍廣、使用壽命長、保溫性能好，外形美觀、安裝方便、清洗維修簡便、適應性強等特點。是鋼板水箱和混凝土水箱的替代產品，已成為公共生活用、消防用水和工業用水貯水設施的理想產品。SMC水箱板是玻璃鋼SMC水箱的主要材料，以前用于SMC水箱板鉆孔的設備主要是繼電器控制，手動操作，設備故障率高，操作不方面，因此，設計一種自動化、人機界面的鉆孔設備控制系統非常重要。筆者設計了一種基于MCGS與PLC的玻璃鋼水箱多空鉆控制系統，由PLC實現控制功能，MCGS實現鉆孔、進給速度、返回速度及加工數量的控制，同時對已加工數量、剩余數量、設備運行狀況進行實時監控，對錯誤進行報警，還可以對歷史數據進行查詢，運行起來安全、方便，在玻璃鋼產業中得到了廣泛的應用。

1.控制系統的硬件組成

該設備主要用于SMC片材壓水箱板的法蘭鉆孔。主軸采用齒輪傳動，進給變頻調速，450法蘭鉆孔采用氣動裝置，換位鉆孔。為了提高工作效率，采用快速進給和工作進給兩個工作階段，為了保證設備加工安全，采用接近傳感器加觸電式限位開關進行兩端保護，并且要能夠實現加工件數的實時顯示，對加工速度實現實時調節，對歷史數據進行查詢。

系統分為四大部分：工作臺位置檢測部分、PLC控制部分、人機界面監控部分及電機執行部分。工作臺位置檢測部分主要用來檢測工作臺前進到位、后退到位及高低速轉換位置。

PLC控制部分是設備的控制核心，主要實現主軸起停、工作臺方向及速度的控制，通過變頻器控制進給電動機，同時把控制數據上傳上位機MCGS。人機界面監控部分實現控制指令的輸入及數據的修改和監控。電機執行部分主要用來驅動電動機。本文主要對PLC控制部分及人機界面監控部分進行分析。玻璃鋼水箱多孔鉆控制系統框圖如圖1所示。

圖1 控制系統框圖

1.1 PLC控制系統作用

本系統采用的是西門子S7系列的cpu224型號，是整個系統的控制核心，實時采集位置傳感器及MCGS觸摸屏的數據，根據控制要求，作出判斷，驅動變頻器及接觸器，運行電動機。PLC和變頻器之間采用數字輸入端多速控制，本系統采用3速控制，分別為高速進給，工速進給和高速退出，變頻器的速度參數設置可以通過PLC與其通訊的方式實現。

1.2 MCGS的作用

系統采用昆侖通態TPC7062KS系列觸摸屏嵌入版，嵌入式系統是以應用為中心，軟硬件可裁減的工業控制系統。適應于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統廣泛應用于高科技產品中，具有巨大的市場需求前景。嵌入式系統不僅在傳統的工業控制和商業管理領域有極其廣泛的應用空間，如智能工控設備、POS/ATM機、IC卡等，而且在信息家電領域的應用也具有極為廣泛的潛力，例如機頂盒、WebTV、網絡冰箱、網絡空調等眾多的消費類和醫療保健類電子設備，在車載盒、智能交通等領域的應用也呈現出前所未有的生機。

在MCGS觸摸屏上設置操作按鈕，對PLC發送命令，來控制電動機。MCGS與PLC通過RS232轉485協議進行通信，實現上位機與下位機的數據交換，完成人機界面。

2.控制系統軟件設計

2.1 PLC控制系統的設計

本系統主要控制功能是通過PLC實現的。根據工業現場要求，工人通過觸摸屏或者腳踏開關發出工作執行命令后，系統通過PLC的控制，自動完成如下工作過程：首先快速進給到快速轉工進位置，轉換傳感器檢測到工作臺后切換成慢速進給，同時啟動主軸電機開始鉆孔工作，到達前限位后工作臺自動高速退回，到達后限位自動停止，同時主軸也停止工作，通過氣動裝置進行更換水箱蓋，一個周期完成。

圖2 系統順序功能圖

根據系統特點，采用順序功能設計法編寫程序，順序功能設計法是按照順序控制的思想，按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，在生產過程中各個執行機構自動地有秩序地進行操作。順序控制設計法相對經驗設計法是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，不容易出錯，程序的調試、修改和閱讀也很方便，使用順序控制設計法時首先根據系統的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖，本系統順序功能圖如圖2所示。

圖3 組態軟件主界面

2.2 MCGS組態監控軟件設計

MCGS是上位機，主要由監控部分、操作控制部分和歷史數據部分組成，操作控制部分包括啟動按鈕、停止按鈕、位置傳感器、限位開關、加工總數設置和變頻器速度設置。監控部分包括實施加工數量顯示、速度顯示、位置狀態顯示及電動機工作狀態顯示。歷史數據部分包括歷史加工數據、報警情況的記錄。系統通過加工總數的設計可以自動完成任務后停止運行，提高了生產效率，在運行過程中可以實時調節加工速度，操作方便，同時對運行的數據進行記錄，自動顯示報警數據，實現了可視化、智能化地對多空鉆系統進行控制。MCGS組態軟件主界面如圖3所示。

3.結論

針對玻璃鋼水箱多孔鉆原有設備繼電器控制系統故障率高、不以維修等問題，提出了基于MCGS與PLC構建的控制系統，采用PLC的順序控制程序設計思路，觸摸屏代替硬件按鈕，操作方便直觀，人機交互界面智能化程度高，實時顯示加工數量，簡單明了，易于維護和功能擴展，便于網絡遠程控制，能適應不同環境的需求，全面提升了原有設備的應用性和技術水平。實踐證明，該系統運行穩定，可靠性高，已廣泛應用于玻璃鋼企業。

[1]李江全.組態控制技術實訓教程(MCGS)[M].北京:機械工業出版社,2017:1-15.

[2]徐國林.PLC應用技術[M].北京:機械工業出版社,2012:56-59.