基于触摸屏的PLC教学改革与研究

2018-02-14

今日自动化 2018年4期

（天津天狮学院信息科学与工程学院，天津 300000）

0 引言

可编程逻辑控制器是自动化专业的核心课程之一，针对PLC教学过程中出现的问题，进行教学改革，以触摸屏与PLC相结合，以工程项目仿真实施针对性课题的教学。

1 PLC与触摸屏的简介

PLC是以数字运算操作进行相关控制的电子系统，中文名为可编程逻辑控制器。PLC集数据采集与监控功能、通信功能、高速度数字量信号智能控制功能等高端技术于一身，使其不可动摇地成为控制系统的核心。在现在的PLC行业中，S7-200系列PLC是德国西门子电气公司所生产的比较实用的产品之一，广泛应用于小型控制系统中[1]。

触摸屏是一个可编程终端，使控制系统更人性化、人机交互更方便快捷。西门子触摸屏面板TP177A是免维护设计，背光显示屏使用寿命长，带有现成的图形对象等特点。其使用方便，操作简单，性价比高，适用于机器与设备的操作控制与监控。

2 触摸屏与PLC相结合的教学构思

PLC的控制对象大多数都是庞大的工业设备，存在于复杂的现场环境，引进实验室不太现实，但是如果用计算机、触摸屏等设备对被控对象进行仿真，模仿被控对象的运动过程，学生可以对控制过程有一个感性认识，在降低教学成本的同时，并没有降低教学的质量。触摸屏技术是现今发展很快的高新技术，将触摸屏引入到PLC实验中，通过触摸屏的仿真软件制作被控对象，之后将PLC和触摸屏进行通信连接，这样，在触摸屏上既可以控制PLC，也可以显示由PLC控制的被控对象的动作过程。文中提出了通过模拟仿真和触摸屏技术来模拟被控对象的新型PLC的模式作为学生的毕业设计，从而为学生提供一个很好的实践操作平台，在直观形象地完成毕业设计的前提下，也为学校节约了大量的经费和维护设备的人力。

3 自控飞锯监控系统的实现

以自控飞锯监控系统为例，是利用触摸屏和PLC相结合的典型应用。课题主要利用西门子S7-200 PLC与触摸屏对自控飞锯切割机的控制系统设计，在设计飞锯控制系统的同时，绘制自控飞锯的PLC外部原理接线图和电气总接线图，而在飞锯监控系统设计中，主要采用高速计数器和旋转编码器来控制飞锯自控运行，利用旋转编码器发送到PLC的脉冲信号，来计算速度，根据飞锯切割机的工作原理编写PLC程序，组态飞锯的触摸屏画面，然后下载到PLC和触摸屏进行模拟运行[2]。

3.1 自控飞锯监控系统的硬件配置

自控飞锯变频节能控制系统中所需要接点输入输出端口共22个。根据PLC的I/O点和控制内容绘制自控飞锯监控系统的PLC原理接线图，在西门子S7-200PLC中CPU226高速计数器HSC0通道对应的PLC输入点为I0.0、I0.1和I0.2，HSC1通道对应的PLC输入点为I0.6、I0.7和I1.0。

在自控飞锯的控制过程中，主要是利用小电流信号控制大电流的形式，由西门子S7-200PLC输出控制中间继电器KA，再由中间继电器KA的触点控制交流接触器的线圈吸合或者功率负载。在控制电路里，由空气开关QS、急停开关SA、手动按钮SB、交流接触器KM、中间继电器常开触点KA、指示灯HL组成，并且每一个设备都配置了手动点动功能。

自控飞锯的锯车是靠步进电机驱动启动运行的，应用步进驱动器前要先对步进驱动器进行工作电流的设置和细分设置，工作电流可以在步进电机机身铭牌上看到步进电机额定工作电流来设置SW1、SW2、SW3组合。工作细分要根据实际步进电机转一圈所需要的脉冲个数来设定，可以根据转速来设置细分开关，细分设置SW5、SW6、SW7、SW8组合。

3.2 软件的设计与组态

自控飞锯监控系统主要是对飞锯切割机进行运行监控操作，利用旋转编码器采集速度，高速计数器对旋转编码器发送过来的脉冲计数，然后把脉冲转化为速度、位移等信息数据，然后控制锯车的运行，监控锯车的运行速度，对切割装置和夹紧装置进行操作运行[3]。程序功能有初始化，频率采集，测速辊速度计算，高速计数器通道数据设置，步进电机运行参数设定，调用中断，夹紧装置控制，抬锯落锯控制，锯车位置检测。

自控飞锯监控控制系统的画面设计首先建立项目，在这里把飞锯监控系统的组态称为一个项目，然后设备选择，在创建完空的项目后选择触摸屏型号，如西门子TP177A型。最后组态画面，完成画面的制作，实现触摸屏与核心控制器件PLC之间的通信连接，建立画面上的元件与PLC变量之间的对应关系等[4]。

3.3 调试运行

当开启自控飞锯运行系统后，系统初始化并进入运行操作状态，将操作方式切换到手动状态时，可以手动操作锯车前进后退、抬锯落锯、紧夹松夹。参数设定后，进行单根锯切，当单根锯切完毕后，寄存当前数据，这时可以切换到自动状态，锯车返回原点后，计算当前管速、小车当前位置、焊管移动位移和焊管余长后，启动锯车位置跟踪移动，同时通过高速计数器采集计算出锯车当前运行速度，当锯车运行速度等于焊管移动速度后，锯车上的夹紧装置夹紧，切割装置进行落锯切割，当焊管切割完毕后，切割装置抬锯，抬锯到位后，夹紧装置松开，当松开完毕后，锯车返回原点，当锯车返回到原点限位后，等待下一次的运行切割，如果在运行期间按下停止按钮，那么系统马上进行急停刹车。在实验室模拟测试中，可以在触摸屏上清楚的看到自控飞锯的运行情况，达到了所需要的设计效果。