旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
現(xiàn)代工業(yè)控制不斷朝著智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，各種自動(dòng)化生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，大大促進(jìn)了PLC等智能控制器在系統(tǒng)維護(hù)中的應(yīng)用。與此同時(shí)人們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可操作性、可維護(hù)性要求也不斷提高。觸摸屏具有操作簡(jiǎn)單，界面友好，編程簡(jiǎn)單，與PLC通訊良好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足人們的這些要求，這使得觸摸屏技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀是用于加工性能檢測(cè)用瀝青標(biāo)樣的機(jī)械電氣系統(tǒng)。因?yàn)闉r青標(biāo)樣性能的檢測(cè)對(duì)于公路建設(shè)有很重要的意義，性能不合格的瀝青一旦用于高速公路建設(shè)，必然影響公路的建設(shè)質(zhì)量，甚至可能危及行車安全。因而檢測(cè)用標(biāo)樣的加工工藝過程就很重要。該旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀集機(jī)械、電氣、儀表于一身，對(duì)其加工標(biāo)樣有較高品質(zhì)要求，也就要求其電氣控制系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化和智能化。本文闡述了一種通過與觸摸屏通訊控制的PLC系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的工作原理和控制要求
圖1是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)直線和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式，共采用兩臺(tái)電機(jī)(如圖1)，一臺(tái)是直流伺服驅(qū)動(dòng)的控制蚰桿進(jìn)給的交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)可變速的直線運(yùn)動(dòng)：另外一臺(tái)是由變頻器控制調(diào)速的轉(zhuǎn)盤控制的永磁低速電機(jī)，變頻器有兩段速輸出，低速段實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的偏心角度校正，高速段實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。全系統(tǒng)由電氣和機(jī)械系統(tǒng)配合控制，包括標(biāo)高轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)定、壓力檢測(cè)、測(cè)速等要求。另外還要有行程限位及接近開關(guān)來對(duì)機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以確保系統(tǒng)的安全。全系統(tǒng)通過觸摸屏完成參數(shù)設(shè)定及顯示。
2．1 工作原理
該系統(tǒng)就是利用旋轉(zhuǎn)搖勻的原理，蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)蚰桿，以額定速度使壓頭下行，到進(jìn)入滾筒前減速進(jìn)入滾筒。在整個(gè)下行過程中，不斷檢測(cè)壓頭所承受的壓力，壓頭抵到瀝青標(biāo)樣，壓頭達(dá)到一定壓力，蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)依據(jù)壓強(qiáng)和速度比例關(guān)系減速，同時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)控制電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤搖轉(zhuǎn)，將瀝青標(biāo)樣搖勻，并在壓頭的作用下壓縮成需要的標(biāo)樣。
2．2 控制要求
①標(biāo)高要求：蚰桿下行距離是通過計(jì)數(shù)蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)的測(cè)速脈沖，再按照蚰桿進(jìn)給率轉(zhuǎn)換得來的。該系統(tǒng)的幾個(gè)運(yùn)行階段都與高度有關(guān)，測(cè)速不準(zhǔn)，測(cè)的高度不夠精確，就會(huì)影響到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因而測(cè)速的精度要求很高。
②低速和調(diào)速要求：在壓頭壓縮瀝青標(biāo)樣時(shí)，由于壓頭承受一定壓強(qiáng)，蚰桿一般都處在低速運(yùn)行階段，蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)運(yùn)行速度太快，蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)扭矩過大，壓頭的承受壓力過高，則會(huì)影響到系統(tǒng)安全運(yùn)行。因而低速要求高。另外還要求蚰桿進(jìn)給控制電機(jī)在壓力變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行速度。
在系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過程中，如何精確計(jì)數(shù)測(cè)速脈沖，如何精確地調(diào)速，都是本系統(tǒng)控制關(guān)鍵。
3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 控制系統(tǒng)功能
(1)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的基本功能；
(2)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話畫面；
(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障自我診斷功能，并通過人機(jī)畫面顯示；
(4)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止，并同時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)；
(5)能隨時(shí)打印必要的信息。
3．2 控制系統(tǒng)組成
如圖2所示，本系統(tǒng)選用松下FP0系列14點(diǎn)PLC，包括8點(diǎn)輸入點(diǎn)和6點(diǎn)輸出點(diǎn)，并有一個(gè)RS232C通訊口和一個(gè)RS422編程口。人機(jī)界面采用帶有RS232／RS485通訊口的PWSl711STN觸摸屏，人機(jī)通過RS232口與PLC進(jìn)行通訊。系統(tǒng)所需AC220，DC24V電源均由外部供給。

3．3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由兩部分構(gòu)成，一部分是觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)，另一部分是PLC軟件設(shè)計(jì)。
(a)人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)
人機(jī)界面是用戶設(shè)定工藝參數(shù)的關(guān)鍵，以及信息顯示的重要設(shè)備。該系統(tǒng)采用的觸摸屏可支持與多種PLC語(yǔ)言通訊。其編程軟件ADP3提供了功能強(qiáng)大的巨集指令，在編程中可以大大節(jié)省PLC的程序容量，使PLC的控制精度及效率最佳化。
人機(jī)界面主要由兩部分組成，一部分是系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)定，包括手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式兩部分。其中手動(dòng)工作方式主要是用于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的測(cè)試階段，自動(dòng)工作方式用于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的自動(dòng)運(yùn)行，?其中自動(dòng)運(yùn)行有兩種轉(zhuǎn)數(shù)和標(biāo)高控制兩種模式；另一部分是報(bào)警功能設(shè)置。
整個(gè)人機(jī)畫面包含有以下畫面：主畫面(圖3)、自動(dòng)方式畫面(圖4)、手動(dòng)方式選擇畫面(圖5)、警報(bào)畫面(圖6)。
主畫面(如圖3)包括運(yùn)行最大壓強(qiáng)設(shè)定、壓頭工作最小壓強(qiáng)設(shè)定、進(jìn)桶前最大壓強(qiáng)設(shè)定、自動(dòng)方式選擇、手動(dòng)測(cè)試方式選擇。

自動(dòng)方式畫面用于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀自動(dòng)運(yùn)行階段(如圖4)，包括運(yùn)行狀態(tài)顯示，標(biāo)高設(shè)定、轉(zhuǎn)盤控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定、當(dāng)前標(biāo)高顯示、剩下轉(zhuǎn)數(shù)顯示、當(dāng)前壓強(qiáng)顯示。此外還包括有兩種控制模式選擇(轉(zhuǎn)數(shù)控制和標(biāo)高控制)以及還有打印按鈕，其中打印功能通過編輯人機(jī)界面中的巨集指令來實(shí)現(xiàn)。
手動(dòng)測(cè)試畫面(如圖5)用于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀測(cè)試階段，包括兩臺(tái)電機(jī)六種運(yùn)行方式，目的是為了檢測(cè)當(dāng)前各個(gè)電機(jī)是否可以正常工作。
警報(bào)畫面(如圖6)顯示運(yùn)行過程中有可能出現(xiàn)的故障信息，共有四種可能的故障信息，壓頭未對(duì)準(zhǔn)圓桶，壓力超過最大壓強(qiáng)，標(biāo)高超過H1，標(biāo)高低于H4(圖1所示)。

(b)PLC軟件設(shè)計(jì)
PLC程序以循環(huán)方式執(zhí)行，從主程序開始執(zhí)行，執(zhí)行完畢后，然后再回到主程序，程序掃描周期為幾毫秒。整個(gè)PLC程序是在松下的FPWIN平臺(tái)上用布爾梯形圖完成。整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)數(shù)控制模式的PLC流程如圖8所示，標(biāo)高控制模式過程類似。

在PLC程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，碰到了一些問題，例如從壓力傳感器轉(zhuǎn)化過來的壓力值波動(dòng)很大，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成很大的影響，所以在程序中采用數(shù)字濾波的方式，消除壓力值的波動(dòng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。
4 結(jié)束語(yǔ)
可編程控制器與觸摸屏的結(jié)合可用在許多工控領(lǐng)域，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中的應(yīng)用只是一個(gè)很典型的實(shí)例。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，性能可靠，控制精確，人機(jī)對(duì)話友好，能完全滿足用戶的使用要求，完全可以替代國(guó)外同類產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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