觸摸屏與PLC通訊在凈水系統中應用實例

　　前言
　　
　　我們在該實例中用到的觸摸屏為GP37W2-BG41-24V（5.7英寸，單色藍白LCD）；PLC采用中國臺灣Fatek公司FB系列PLC的一款，其型號為FBe-28MC（28點，16點IN/12點OUT）。
　　
　　1、工藝流程
　　
　　凈水系統，由于其組成設備多，水的各種指標嚴格，如純度、PH值、電導率等。HMI與PLC通訊引用在凈水系統，很好的滿足了工藝要求，改變了傳統復雜的按鈕控制方式。如下圖示，凈水系統的流程框圖如下。　　
　　該凈水系統用到了許多水泵和閥門控制，當然還有許多傳感器和檢測器。這些檢測設備獲得的信號，通過電纜傳送到PLC，PLC再對信號進行處理。PLC通過通訊電纜，將信息傳送給HMIGP，這樣在HMI（人機界面）上得到顯示，方便操作技術人員進行相應的操作。
　　
　　由于各個水箱的供水設備都是水泵，那么我們需要注意，水泵這種特殊的設備，不適宜頻繁啟動，否則容易損壞，降低使用壽命，甚至直接損壞。所以，我們需要對這種頻繁啟動采取避免措施。鑒于傳感器只能對限位做出立即動作，即達到限位就有信號，保持通的狀態；低于限位就沒有信號，保持斷的狀態，電氣設備較難改變。我們采用了對PLC編程的方式，來消除水泵的頻繁啟動問題，這是很容易解決的。我們給每一的啟動-停止-再啟動，設定一個時間段，保持這樣的時間段，可以避免水泵的頻繁啟動。時間段的長短，可以根據工廠具體的需求來設定，這個在軟件上是很容易實現的。
　　
　　一、凈水工藝控制要求
　　
　　根據附圖Ⅰ，我們可以大概的了解凈水系統整個的系統控制要求和流程。對于一個工程，其詳細的現場工藝控制要求非常重要，它是PLC程序編寫的準則和現場調試的校驗標準。
　　
　　凈水工藝控制要求：
　　
　　⑴、原水箱通過外接設備供水，當原水箱液位檢測為低的時候，原水泵停止運行；當原水箱液位檢測為中的時候，原水泵運行；原水箱液位檢測為高的時候，外接設備停止供水。
　　
　　⑵、原水泵與加絮凝劑供給泵聯動。
　　
　　⑶、原水泵在開始運行的同時，濃水閥打開，開始排放濃水，2分鐘后，一級高壓泵自動啟動，濃水閥自動關閉，停止排放。
　　
　　⑷、PSL1壓力差開關低壓時，5秒鐘后，一級高壓泵停止運行。PSL2壓力差開關高壓時，一級高壓泵立刻停止運行。
　　
　　⑸、當原水泵停止運行的時候，一級高壓泵停止運行。
　　
　　⑹、中間水箱液位檢測為高時，一級高壓泵停止運行；中間水箱液位檢測為中時，一級高壓泵啟動運行。
　　
　　⑺、加阻垢劑計量泵與一級高壓泵聯動。
　　
　　⑻、加NaOH計量泵與二級高壓泵聯動。
　　
　　⑼、中間水箱液位檢測為中時，二級高壓泵啟動運行；中間水箱液位檢測為低時，二級高壓泵停止運行。
　　
　　⑽、純水箱液位檢測為高時，二級高壓泵停止運行；純水箱液位檢測為中時，二級高壓泵啟動運行。
　　
　　⑾、純水箱液位檢測為低時，純水泵停止運行；純水箱液位檢測為中時，純水泵啟動運行。
　　
　　⑿、純水的電導率檢測高時，純水電磁閥門關閉，純水回流電磁閥門開啟；純水電導率檢測為低時，純水電磁閥門開啟，純水回流電磁閥門關閉。
　　
　　⒀、純水泵與殺菌器聯動。
　　
　　⒁、清洗泵為手動狀態運行。
　　
　　⒂、系統有手動/自動兩種工作運行狀態。
　　
　　⒃、停機控制為手動控制，當按下停機按鈕，系統在5秒后自動停止。
　　
　　根據凈水系統工藝控制要求，我們編寫PLC程序，進行試驗室測試，然后安裝到凈水設備上，進行現場調試。（PLC原程序參附程序Ⅰ）
　　
　　二、PLCFBe-28MCI/O點設置及中間存儲器、定時器設置
　　
　　根據凈水系統工藝控制要求，針對PLCFBe-28MC的主機電氣規格，我們對PLC的I/O
　　
　　點進行設置，并且將用到的中間存儲器和定時器進行設置。
　　
　　在下表中，給出了PLC的I/O點對應的控制電氣信號或設備；并對中間存儲器、定時器進行選擇設置。
　　
　　PLCFBe-28MCI/O（表三）　　
　　注：16點的輸入，X7,X14,X15沒有接輸入信號；Y12沒有接輸出信號。
　　
　　主要PLCFBe-28MCM、T（表四）　　
　　三、GP37W2畫面程序編寫
　　
　　Digital
　　
　　公司GP系列可編程序觸摸屏的畫面設計及編成軟件，在購買產品的時候可以獲得。該軟件為GP-PRO/PB3forWindows（支持Windows98/Me/2000/XP系統），目前的版本為Version7.01。（本文附件中包括了凈水系統的PLC程序）在選擇系統組成后，我們需要對系統進行編程，這里講到的是對可編程序觸摸屏的編程。既然是用觸摸屏的觸摸方式來控制該凈水系統，我們需要做出畫面，并設置按鈕來，在手動控制環境下，按鈕對應控制PLC中的中間存儲器，從而達到控制PLC的目的。同樣，在自動運行環境下為了把系統的各個電氣設備的工作狀態顯示出來，以便現場控制技術人員采取對應的措施繼續控制，我們需要做出報警畫面，通過它來顯示系統各個電氣設備的工作狀態，許多個指示燈，它們是功過監視PLC對應信號來顯示的。　　
　　HMI畫面的制作和GP程序的編寫，我們都可以用GP-PRO/PB3forWindows軟件來完成，其具體的操作和相應的規則，可以參考書籍Pro-face操作應用基礎、Pro-face應用手冊和theManualofGP-PRO/PB3forWindows，仔細學習一下，你就可以很輕松的完成HMI畫面的制作和GP程序的編寫。
　　
　　根據項目規則及凈水系統工藝控制要求，并考慮調研得到的現場操作控制的需要，我們在對多套方案做出分析后，選擇了本套方案，它滿足控制的簡單化，并易于現場技術員的控制。畫面由五幅畫面組成：主畫面、控制選擇畫面、手動輸入控制畫面、自動控制狀態顯示畫面和控制流程圖畫面。它們彼此間可以切換，并可以返回上一級畫面，操作簡單，且可以滿足工廠現場控制需要。
　　
　　如下圖示，我們舉出兩幅畫面例子，一幅為主畫面，另一幅為手動輸入控制畫面。　　
　　在這里簡要介紹一下畫面的工作，當按下主畫面時，我們進入控制選擇畫面，根據按鈕提示下，按下手動輸入按鈕，則進入手動輸入控制畫面。根據工藝過程需要，我們可以選擇不同的按鈕按下，則相應的設備自動啟動運行，按鈕也會呈反色狀態；若要其停止，則在相應按鈕再按一次，則其相應設備停止運行，按鈕也會恢復原色。　　
　　這種按按鈕來控制電氣設備，是通過控制PLC的中間存儲器來實現的，而其顏色的顯示則是通過監視PLC相應輸出信號的狀態實現的。如圖示，在按下二級高壓泵按鈕時，彈出一個窗口BitSwitchSetting，可以看到OperationBitAddress，顯示的是M105中間存儲器地址，它即是表四中列出的M105，二級高壓泵手動輸入控制按鈕。BitInvert是指控制位可以通過觸摸的方式來實現置位和復位雙重控制。
　　
　　我們編寫好的GP畫面和程序zui后需要的就是通過電纜GPW-CB02，通過PC上的串口和GP上的TOOL口，用RS232C通訊方式下載到GP上，這樣GP的程序就算完成了。當然，我們可以通過使用仿真的方式，來查看畫面的切換及程序的運行是否正確，為現場調試減少工作量。
　　
　　四、PLCFBe-28MC程序的編寫
　　
　　FATEKFB系列PLC之一FBe-28MCPLC程序的編寫可以用對應的FP-07程序書寫器來編寫。但我們選用了用PC（PersonalComputer）來進行編寫。FATEKFB系列PLC的編程軟件為WinProladderVersion1.06（English）（支持Windows98\Me\2000\XP操作系統），該軟件在購買FB系列PLC時，可以從公司獲得。（本文附件中包括了凈水系統的PLC程序）。
　　
　　該軟件操作簡單，采用梯形圖（LED）編程方式。學習過電氣工廠控制，具備一定的編程經驗的技術員都能很快掌握。同時，我們也可以參考《永宏可編程序控制器FB系列-使用手冊Ⅰ硬件篇&基礎功能篇》，《永宏可編程式控制器FB系列-使用手冊Ⅱ功能篇》該軟件編程方便，傳輸下載程序都是很簡單的。值得注意的事項是，我們在對編寫好的梯形圖程序，下載到PLC上的時候，我們需要對通訊參數進行設置。如下表所示：　　
　　在這里我們舉個例子來進行說明,利用高速計數器作等長度截斷控制。
　　
　　工程結構：　　
　　從系統結構很容易看出，X2是一個檢測輸入信號，它是相當于一個運行常閉開關，即當可以檢測到來料的時候，X2輸入信號存在，整個系統才可以開始工作；當無法檢測到來料的時候，X2輸入信號不存在，整個系統停止工作。X4是一個啟動開關，開啟系統作用，一旦X4輸入信號存在，則系統開始自動運行。
　　
　　主程序：　　
　　我們根據該系統工藝控制要求，為該凈水系統編寫程序。前面已經給出了該系統I/O點的設置，并且給出了中間存儲器、計時器的設置選擇。在附表Ⅳ中，我們給出了該系統的整個梯形圖程序，供參考。
　　
　　PLC程序編寫好以后，我們就可以通過下載電纜，將PC上的程序下載到PLC上。到這一步，我們就完成了系統的軟件部分。現在，我們可以通過GP-PLC通訊電纜，來實現系統的控制試驗，zui后則安裝到機械設備上，進行現場調試。
　　
　　系統安裝好以后，在后期的維護中，我們如果需要對GP程序或PLC程序進行更改，我們只需使用相應的下載電纜對GP或PLC上的程序進行下載到PC上，然后做出更改，仿真后，再重新下載到GP或PLC上，進行調試，試運行，直到符合要求即可。我們可以認識到該系統的后期維護非常的方便，使用效果很好。
　　
　　2、結論
　　
　　該應用實例已經在工業生產中投入實施，效益良好，可以預見將有很大的發展空間。