基于触摸屏和PLC的电镀控制系统的设计

黄佳伟;刘飞

【摘 要】以上海某电镀企业生产控制系统为背景,根据龙门镀铜电镀的工艺要求,介绍以三菱PLC为控制中心,以三菱GOT系列触摸屏为人机交互界面,两者相结合的控制系统.在硬件和软件两个层面上对生产线的控制进行了设计,采用结构化程序设计的编程思想,增加了程序的可读性及执行的准确性.该系统的使用,既降低了劳动强度,提高了产品的生产效率,同时也为长时间稳定运行提供了保证. 【期刊名称】《现代电子技术》 【年(卷),期】2009(032)023 【总页数】3页(P152-154) 【关键词】电镀;监控;PLC;触摸屏 【作 者】黄佳伟;刘飞

【作者单位】江南大学,自动化研究所,江苏,无锡,214122;江南大学,自动化研究所,江苏,无锡,214122 【正文语种】中 文 【中图分类】TP273 0 引 言

在工业控制领域，如何利用有限的资源实现对主要生产环节准确、稳定的控制，并对工业现场实施有效的监控，使生产和监控有机的结合起来，提高生产效率,是广

大企业和从事工控行业的技术人员一直普遍关心的问题。而自动化水平的高低也成为衡量企业生产力的重要因素。

PLC作为一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置，以其可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、功能完善等优点在工业过程中得到了广泛的应用，并以其极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。触摸屏是计算机技术和监控技术发展的产物，作为数据采集与过程控制的专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，具有灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控的功能[1-3]。

电镀系统作为涂装企业的关键生产环节，对整个生产过程的影响具有举足轻重的作用，本文提出的基于触摸屏和PLC的电镀控制系统的设计，克服了原控制系统准确度低、稳定性差、生产效率低的缺点，提高了企业的生产效率和自动化水平。 1 系统的总体设计

龙门镀铜电镀自动生产线是电气器件等外表电镀的一种专用自动生产设备。生产环节包括三个基本阶段：镀前处理、电镀过程和镀后处理。整个镀铜电镀过程主要经过热浸除蜡、水洗、弱腐蚀、除垢、沉锌、预镀碱铜、碱铜、酸活化、焦铜、回收、水洗、防变色等。经过电镀的器件可以提高其使用寿命，具有可靠性高和抗干扰能力强等特点，在电气工业控制中得到了广泛应用。

生产线为自动线,生产时由行车根据工艺及生产线状态自动移送工件,完成工件的电镀处理。行车主要执行挂钩的上升/下降运动，行车的前进/后退等4个动作，一辆行车分别装有2个三相异步电动机，并由变频器来控制电机运作。为了实现自动功能,主要采用三菱FX2N系列的PLC作为控制核心，同时采用三菱系列的触摸屏GOT1100作为上位机来执行动作操作，触摸屏产生人机界面和生产数据的监测及储存功能,和PLC构成实际的控制设备。 2 PLC控制系统

控制系统的设计以GX DEVELOP 8软件为平台，开发控制系统的程序。其编程方便，不但支持通常的逻辑、算术、位等，还直接支持子程序、跳转、文件和PID等指令和大量寄存器，并且有方便的注释功能(和程序在一起)。 2.1 软件设计[3-9]

控制系统的控制对象是三台行车，对行车的运行动作进行控制，系统的被控量为电机的速度和正反转，执行机构为变频器，所以控制相对比较复杂。

结构化程序设计是编程中常用的并且是有效的方法，其中心思想就是采用子程序，将程序之间的耦合降低。采用这样的方式，也可以解决语句机械重复的问题。在这个程序就可以充分利用PLC编程时允许使用子程序的便利，采用结构化的编程思想，将行车挂钩的上下运动，及行车左右行走等分别编制子程序。自动程序采用的动作序列的思想，整个循环就是一个动作的序列，只要依次执行每个动作就可以完成自动所需要的动作。具体的每个动作则靠调用相应的子程序完成，避免程序机械重复的问题。主程序主要负责所有子程序的调度，判断在不同的情况下去执行相应的程序,其中主程序框图如图1所示。 图1 主程序框图

从图中可以看到在此项目设计了以下的子程序，见表1。 2.2 编程中的几个细节处理

为了适应PLC编程的特点，在编程中对相关细节主要采取了以下几点措施： (1) 互锁处理

对于在运行中不容许同时出现的情况在程序上通过标志位进行互锁处理，这包括如下：挂钩的上和下；行车进和退；挂钩动作和行车动作；任何错误和动作输出；手动和自动。

表1 子程序列表子程序名程序实现功能初始化参数初始化工作,包括读取工艺类型,设定行车动作序列自动读取动作编号并负责调用钩上下和行车行走子程序,按照既

定的动作序列完成自动运行所需的钩上下、前后行和停留动作手动完成手动信号的检测,以及根据信号发出相应的动作钩上下负责挂钩的上下处理,其中包括不同时间的速度控制行车行走负责行车的左右的处理,其中包括在不同位置的速度控制行车动作完成自动和手动输出行车动作信号,包括延时处理,互锁关系检查故障和异常监测处理负责对故障的监测,故障情况下的处理,报警信号输出手动自动切换负责手动和自动互相切换的处理 (2) 动作和故障的处理

动作子程序放在每个循环的结尾，这样在所有的情况都正常的情况下才输出实际的指挥行车动作的信号，只要前面有一个环节不正常，通过设置故障标志，动作子程序不输出实际的动作，这样确保行车的安全。 (3) 手动和自动的转换

手动和自动的转换是该程序的一个难点。自动工作时随时可以切换到手动，但是手动切换到自动需要满足下面的条件才可以：三部行车都处在循环的初始状态，包括行车的位置和挂钩的位置；或者自动到一半时转手动，然后没有如何手动的动作后才转到自动。在其他情况下强行将手动切换到自动将作为可恢复性错误处理，发出报警声提醒操作者，并等待操作者切换到手动。 3 触摸屏监控软件的开发 3.1 软件的总体设计[7,10]

该控制系统监控软件采用三菱公司开发的GOT系列的10寸触摸屏将用于现场控制的PLC控制系统和上位机监控系统连接起来。其次，从变量定义和I/O设备的管理入手，利用GOT多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发出生动、友好的主监控界面，以及含盖报警系统、行车操作，辅助控制等功能齐全的子监控界面。

经过开发的监控系统实时现场执行机构的操作模拟与监控，历史报警的查询等功能。

其中还设有权限要求，要求操作时先要输入密码，以防非操作者的错误操作，以保证安全，监控软件的总体设计框图如图2所示。 图2 监控软件框图 3.2 行车监控界面设计

作为整个监控软件的主要部分，行车监控界面的设计形象地反映了该行车在整个系统运行过程，并且可以通过对变量的正确调用，使主要行车的运行状态按操作人员的需要在系统运行时准确、生动地展现出来。管理人员可根据需要使行车处于手动或自动状态，甚至可以根据需求设定行车运行的目标槽位，通过行车监控界面上的按钮，管理人员还可以方便地进入操作，进而获取系统运行的详细信息。行车操作界面如图3所示。 图3 行车操作界面 3.3 辅助设备操作界面

为了全面实现系统的自动化，一些辅助设备如风机、移动小车、废水喷淋泵等的执行通过PLC来控制，然而其辅助设备的操作信号则通过触摸屏控制在该辅助设备的操作子界面里面，充分利用GT DESIGN软件提供的内部软元件，减少了PLC的输入点，从而减少了成本，又增加了可操作性。辅助设备操作界面如图4所示。 图4 辅助设备操作界面 3.4 报警系统界面

按照系统的设计要求，当行车行走提升、行走热继电器等过热，或者行车行走提升超出要求范围时，要求监控系统能够做出及时、有效的报警。鉴于此在开发报警系统时，该设计首先建立了系统的报警注释，将用户创建的注释作为报警信息显示。然后通过报警表跟注释链接，与此同时与PLC中的寄存器链接从而储存。操作人员可通过上移，下移，检查等操作来查找以前出现的报警历史记录。报警界面如图5所示。

图5 报警界面 4 结 语

该设计已经投入到企业的生产过程中，从现场的状况和产品的质量来看系统运行稳定，行车运行路线和辅助设备在理想的范围内，管理人员能够通过触摸屏及时、准确地了解生产现场的状况，并可以根据生产要求及时做出调整。该设计不仅改善了系统的稳定性和准确度，而且在很大程度上提高了企业的生产效率和自动化水平。 参 考 文 献

[1] 赵玉昆.PLC的深度开发及在电镀自动线上的应用[J].测控自动化,2004,20(4):15-17.

[2] 刘新，张红健，宫迎辉.电镀铬生产线自动控制系统[J].制造业自动化,2006,28(10):61-63.

[3] 吴江贤.直线悬臂电镀的PLC自动控制[J].机械制造与自动化,2007,36(6):154-155.

[4] 三菱公司.三菱微型可编程控制器用户手册[Z].

[5] 石玉明.PLC在电镀专用行车控制中的应用[J].自动化博览,2007(6):63-65. [6] 岳浩东,李树涛.基于PLC的行车控制系统设计[J].中国仪器仪表,2006(3):72-74. [7] 段春霞,张怡军.电镀生产线监控系统设计[J].自动化技术与应用,2008,27(3):121-123.

[8] 聂春泉.自动电镀生产线控制系统[J].工业控制技术,2005(4):95-97.

[9] 傅健.PLC在电镀生产线行车控制系统中的应用[J].电气自动化,2006,28(2):64-67.

[10] 三菱公司.GT Designer2 V2 画面设计手册[Z].