觸摸屏在工控自動化系統(tǒng)中的應用

　　捻線機是玻璃纖維生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設備之一，捻線機的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)以及適應生產(chǎn)工藝的多樣化是生產(chǎn)線的必要條件，工控自動化是滿足這些條件的必要保障。因此，控制系統(tǒng)是玻璃纖維捻線機關(guān)鍵技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的生產(chǎn)設備由于老化或者自動化程度較低，不能滿足行業(yè)發(fā)展的需要，必須對其進行技術(shù)改造。

　　用PLC做控制系統(tǒng)核心，成本低、穩(wěn)定性高，程序編寫和調(diào)試也比較方便。但PLC在人機對話、故障判斷、在線修改等方面有些不便，需要對編程非常熟悉的專業(yè)人員進行操作。并且，想要直觀地了解生產(chǎn)過程和監(jiān)控信號的動態(tài)變化必須選擇一個上位機來配合PLC，才能組成較好的自動控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC通信，共同組成生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)主要由觸摸屏、可編程控制器PLC、開關(guān)電源、步進電機驅(qū)動器、步進電機、變頻器、三相異步電動機等構(gòu)成，其配置如圖1所示。控制系統(tǒng)主要利用程序控制鋼領(lǐng)板運行的速度、方向、位移，達到控制成形。

圖1 系統(tǒng)配置框圖

　　觸摸屏作為人機界面可以進行工藝參數(shù)的設定、運行狀態(tài)的監(jiān)控等。可編程控制器是整個控制系統(tǒng)的核心。它將工藝參數(shù)存儲并通過一定的控制算法控制變頻器的運行狀態(tài)以及步進電機的運行狀態(tài)。開關(guān)電源為觸摸屏、PLC、步進電機（包括接近開關(guān)、按鈕、中間繼電器）等提供工作電源。步進電機驅(qū)動器將可編程控制器給定的控制信號轉(zhuǎn)換和放大驅(qū)動步進電機工作。步進電機作為執(zhí)行單元通過機械傳動主要完成捻線機鋼領(lǐng)板的升降動作。變頻器通過可編程控制器控制運行狀態(tài)，通過內(nèi)部參數(shù)的設定，可以調(diào)整運行的頻率，從而控制三相異步電動機的運行狀態(tài)和工作頻率。

　　三相異步電動機作為執(zhí)行單元通過機械傳動主要完成錠子以及羅拉的傳動。

　　2 EView觸摸屏和PLC通信

　　本設計采用EView MTS000工業(yè)嵌入式觸摸屏人機界面。在MTS000組態(tài)軟件中定義串口類設備s7.200PLC，串口號為COM.。設備定義結(jié)束后，定義I／0實型變量和離散變量，分別與設備輸入寄存器和輸出寄存器連接，實現(xiàn)開關(guān)量的控制口。觸摸屏與PLC的連接如圖2所示，并且按表1所示設置觸摸屏中的通信參數(shù)。

圖2 硬件連接圖

　　3 MT5000組態(tài)軟件

　　MTS000中用“工程”來表示組態(tài)軟件組態(tài)生成的應用系統(tǒng)。創(chuàng)建一個新工程就是創(chuàng)建一個新的用戶應用系統(tǒng)。建立工程的一般步驟為：構(gòu)造數(shù)據(jù)庫（定義變量）_+定義設備一設計圖形界面一建立動畫連接。+運行和調(diào)試。但是，在進行設計的時候，它們不是獨立的，而是交替進行的，需要綜合考慮。首先，創(chuàng)建一個新工程，定義路徑和名稱，在設備選項中選定一個COM口，進行PLC連接。MTS000提供的設備連接向?qū)υ捒蛄谐隽斯I(yè)生產(chǎn)常用的一些硬件設備（如PLC、板卡、智能儀表、變頻器等），并且已經(jīng)根據(jù)這些常用設備各自的通信協(xié)議制作了相應的通信協(xié)議，使應用人員從繁瑣的底層驅(qū)動程序中解脫出來。選擇了西門子公司S7.200系列PLC后，選擇通信方式，并給定設備名稱和地址，還要設置采樣時間和通信參數(shù)。

然后，進行動畫畫面的設計和變量的定義。雙擊數(shù)據(jù)詞典，定義和編寫系統(tǒng)所有變量。變量可以設為只讀、只寫和讀／寫模式。對于既要采集PLC狀態(tài)，又要實現(xiàn)對PLC的遠程控制的變量設置為讀／寫模式，而不需要向PLC發(fā)送命令的變量設置為只讀，這樣可以節(jié)省PLC掃描時間、加快系統(tǒng)進程、提高PLC效率。

　　繪制圖形畫面時，雙擊畫面選項，在彈出的繪圖環(huán)境下繪制與捻線機相對應的監(jiān)控畫面。系統(tǒng)監(jiān)控的設備較多，為更清楚明了地顯示不同設備的各個參數(shù)，需要繪制多幅畫面，既方便顯示又方便現(xiàn)場操作員進行控制。

　　主畫面里利用ShowPicture（畫面名）函數(shù)實現(xiàn)對其他畫面的調(diào)用。繪制完流程畫面后，將系統(tǒng)與要監(jiān)控的參數(shù)和畫面中的變量一一對應起來。這樣HMI組態(tài)基本完成。

　　4 組態(tài)界面設計及功能介紹

　　在MTS000組態(tài)軟件中編制系統(tǒng)的組態(tài)界面。根據(jù)本系統(tǒng)的特點及實際使用情況，界面設計由系統(tǒng)開機歡迎、上電提示、零點調(diào)整和查詢（總程、動程、升速、降速、級升、滑行）、方式設置的修改和查詢（成形方式、停車方式、回零方式）、數(shù)據(jù)的修改和查詢（計長長度、羅拉直徑、高度系數(shù)、手動速度、回零速度）等界面組成。這里給出了零點調(diào)整界面和數(shù)據(jù)設置界面，分別如圖3、圖4所示。

圖3 零點調(diào)整界面

　　零點調(diào)整界面動態(tài)顯示紗線的高度及長度。并動畫顯示紗線的成形過程。不同的紗型具有不同的動畫顯示過程。數(shù)據(jù)設置采用彈出數(shù)字小鍵盤的形式進行數(shù)據(jù)的設置和修改。整個界面設計簡單易懂。一目了然。使操作人員不需要專業(yè)知識，隨著操作提示和幫助，首次操作就可以基本獨立地進行工作。

圖4 數(shù)據(jù)設置界面

　　5 PLC程序設計

　　PLC的主要輸入/輸出端口定義以及PLC寄存器單元分配分別如表2、3所示：

　　為方便地增加或刪減程序模塊，同時也便于針對不同程序模塊進行完善，程序設計采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC程序流程圖如圖5所示：

圖5 程序流程圖

　　6 結(jié)語

　　實際應用結(jié)果表明，玻璃纖維捻線機自動控制系統(tǒng)采用EasyView觸摸屏，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大地提高了控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控性，有效地降低了生產(chǎn)成本；PLC控制捻線機的運行和紗線的成形，達到了預期的控制效果，提高了生產(chǎn)效率。