旋转压实仪控制系统的设计

1 引言
现代工业控制不断朝着智能化和自动化方向发展，各种自动化生产线、柔性制造系统不断涌现，大大促进了PLC等智能控制器在系统维护中的应用。与此同时人们对现场可操作性、可维护性要求也不断提高。触摸屏具有操作简单，界面友好，编程简单，与PLC通讯良好，抗干扰能力强等优点，能较好地满足人们的这些要求，这使得触摸屏技术在工业领域得到越来越广泛的应用。
旋转压实仪是用于加工性能检测用沥青标样的机械电气系统。因为沥青标样性能的检测对于公路建设有很重要的意义，性能不合格的沥青一旦用于高速公路建设，必然影响公路的建设质量，甚至可能危及行车安全。因而检测用标样的加工工艺过程就很重要。该旋转压实仪集机械、电气、仪表于一身，对其加工标样有较高品质要求，也就要求其电气控制系统具有较高的自动化和智能化。本文阐述了一种通过与触摸屏通讯控制的PLC系统。

2 系统的工作原理和控制要求
图1是旋转压实仪机械结构简单示意图。本系统要实现直线和转动两种运动形式，共采用两台电机(如图1)，一台是直流伺服驱动的控制蚰杆进给的交流电机，实现可变速的直线运动：另外一台是由变频器控制调速的转盘控制的永磁低速电机，变频器有两段速输出，低速段实现转盘的偏心角度校正，高速段实现转盘正转和反转运动。全系统由电气和机械系统配合控制，包括标高转数测定、压力检测、测速等要求。另外还要有行程限位及接近开关来对机械状态进行检测，以确保系统的安全。全系统通过触摸屏完成参数设定及显示。
2．1 工作原理
该系统就是利用旋转摇匀的原理，蚰杆进给控制电机驱动蚰杆，以额定速度使压头下行，到进入滚筒前减速进入滚筒。在整个下行过程中，不断检测压头所承受的压力，压头抵到沥青标样，压头达到一定压力，蚰杆进给控制电机依据压强和速度比例关系减速，同时转盘转动控制电机带动转盘摇转，将沥青标样摇匀，并在压头的作用下压缩成需要的标样。
2．2 控制要求
①标高要求：蚰杆下行距离是通过计数蚰杆进给控制电机的测速脉冲，再按照蚰杆进给率转换得来的。该系统的几个运行阶段都与高度有关，测速不准，测的高度不够精确，就会影响到系统的安全运行，因而测速的精度要求很高。
②低速和调速要求：在压头压缩沥青标样时，由于压头承受一定压强，蚰杆一般都处在低速运行阶段，蚰杆进给控制电机运行速度太快，蚰杆进给控制电机扭矩过大，压头的承受压力过高，则会影响到系统安全运行。因而低速要求高。另外还要求蚰杆进给控制电机在压力变化自动调整运行速度。
在系统自动运行过程中，如何精确计数测速脉冲，如何精确地调速，都是本系统控制关键。
3 控制系统设计
3．1 控制系统功能
(1)实现旋转压实仪的基本功能；
(2)实现人机对话画面；
(3)实现对系统运行过程中出现故障自我诊断功能，并通过人机画面显示；
(4)故障发生时，系统自动停止，并同时发出声音警报；
(5)能随时打印必要的信息。
3．2 控制系统组成
如图2所示，本系统选用松下FP0系列14点PLC，包括8点输入点和6点输出点，并有一个RS232C通讯口和一个RS422编程口。人机界面采用带有RS232／RS485通讯口的PWSl711STN触摸屏，人机通过RS232口与PLC进行通讯。系统所需AC220，DC24V电源均由外部供给。

3．3 控制系统软件设计
系统软件设计主要由两部分构成，一部分是触摸屏的画面设计，另一部分是PLC软件设计。
(a)人机界面软件设计
人机界面是用户设定工艺参数的关键，以及信息显示的重要设备。该系统采用的触摸屏可支持与多种PLC语言通讯。其编程软件ADP3提供了功能强大的巨集指令，在编程中可以大大节省PLC的程序容量，使PLC的控制精度及效率最佳化。
人机界面主要由两部分组成，一部分是系统工作参数的设定，包括手动工作方式和自动工作方式两部分。其中手动工作方式主要是用于旋转压实仪的测试阶段，自动工作方式用于旋转压实仪的自动运行，?其中自动运行有两种转数和标高控制两种模式；另一部分是报警功能设置。
整个人机画面包含有以下画面：主画面(图3)、自动方式画面(图4)、手动方式选择画面(图5)、警报画面(图6)。
主画面(如图3)包括运行最大压强设定、压头工作最小压强设定、进桶前最大压强设定、自动方式选择、手动测试方式选择。

自动方式画面用于旋转压实仪自动运行阶段(如图4)，包括运行状态显示，标高设定、转盘控制电机正反转数设定、当前标高显示、剩下转数显示、当前压强显示。此外还包括有两种控制模式选择(转数控制和标高控制)以及还有打印按钮，其中打印功能通过编辑人机界面中的巨集指令来实现。
手动测试画面(如图5)用于旋转压实仪测试阶段，包括两台电机六种运行方式，目的是为了检测当前各个电机是否可以正常工作。
警报画面(如图6)显示运行过程中有可能出现的故障信息，共有四种可能的故障信息，压头未对准圆桶，压力超过最大压强，标高超过H1，标高低于H4(图1所示)。

(b)PLC软件设计
PLC程序以循环方式执行，从主程序开始执行，执行完毕后，然后再回到主程序，程序扫描周期为几毫秒。整个PLC程序是在松下的FPWIN平台上用布尔梯形图完成。整个系统的转数控制模式的PLC流程如图8所示，标高控制模式过程类似。

在PLC程序现场调试过程中，碰到了一些问题，例如从压力传感器转化过来的压力值波动很大，对系统稳定运行造成很大的影响，所以在程序中采用数字滤波的方式，消除压力值的波动，使系统稳定、安全地运行。
4 结束语
可编程控制器与触摸屏的结合可用在许多工控领域，在旋转压实仪中的应用只是一个很典型的实例。该系统已经应用于现场，性能可靠，控制精确，人机对话友好，能完全满足用户的使用要求，完全可以替代国外同类产品。

参考文献：

［１］弭洪涛．可编程序控制器(PLC)原理和应用［Ｍ］．北京：中国水力出版社，1999
［２］松下电工株式会社．FP0 programming manual［Ｓ］．大阪，2000
［３］Hitech Corp．工业级人机界面使用手册［Ｓ］．台湾，2000