pro-face 触摸屏与PLC通讯在净水系统中应用实例

• 关键词：电机,流量计,直流调速,工控

前言
我们在该实例中用到的触摸屏为GP37W2-BG41-24V ( 5.7 英寸，单色蓝白LCD ) ；PLC采用台湾 Fatek 公司 FB 系列 PLC 的一款，其型号为 FBe-28MC ( 28点，16 点IN / 12 点OUT ) 。
1、工艺流程
净水系统，由于其组成设备多，水的各种指标严格，如纯度、PH值、电导率等。HMI与PLC通讯引用在净水系统，很好的满足了工艺要求，改变了传统复杂的按钮控制方式。如下图示，净水系统的流程框图如下。

该净水系统用到了许多水泵和阀门控制，当然还有许多传感器和检测器。这些检测设备获得的信号，通过电缆传送到PLC，PLC再对信号进行处理。PLC通过通讯电缆，将信息传送给HMI GP ，这样在HMI（人机界面）上得到显示，方便操作技术人员进行相应的操作。
由于各个水箱的供水设备都是水泵，那么我们需要注意，水泵这种特殊的设备，不适宜频繁启动，否则容易损坏，降低使用寿命，甚至直接损坏。所以，我们需要对这种频繁启动采取避免措施。鉴于传感器只能对限位做出立即动作，即达到限位就有信号，保持通的状态；低于限位就没有信号，保持断的状态，电气设备较难改变。我们采用了对PLC编程的方式，来消除水泵的频繁启动问题，这是很容易解决的。我们给每一的启动-停止-再启动，设定一个时间段，保持这样的时间段，可以避免水泵的频繁启动。时间段的长短，可以根据工厂具体的需求来设定，这个在软件上是很容易实现的。

一、净水工艺控制要求
根据附图Ⅰ，我们可以大概的了解净水系统整个的系统控制要求和流程。对于一个工程，其详细的现场工艺控制要求非常重要，它是PLC程序编写的准则和现场调试的校验标准。
净水工艺控制要求：
⑴、原水箱通过外接设备供水，当原水箱液位检测为低的时候，原水泵停止运行；当原水箱液位检测为中的时候，原水泵运行；原水箱液位检测为高的时候，外接设备停止供水。
⑵、原水泵与加絮凝剂供给泵联动。
⑶、原水泵在开始运行的同时，浓水阀打开，开始排放浓水，2分钟后，一级高压泵自动启动，浓水阀自动关闭，停止排放。
⑷、PSL1压力差开关低压时，5秒钟后，一级高压泵停止运行。PSL2压力差开关高压时，一级高压泵立刻停止运行。
⑸、当原水泵停止运行的时候，一级高压泵停止运行。
⑹、中间水箱液位检测为高时，一级高压泵停止运行；中间水箱液位检测为中时，一级高压泵启动运行。
⑺、加阻垢剂计量泵与一级高压泵联动。
⑻、加NaOH计量泵与二级高压泵联动。
⑼、中间水箱液位检测为中时，二级高压泵启动运行；中间水箱液位检测为低时，二级高压泵停止运行。
⑽、纯水箱液位检测为高时，二级高压泵停止运行；纯水箱液位检测为中时，二级高压泵启动运行。
⑾、纯水箱液位检测为低时，纯水泵停止运行；纯水箱液位检测为中时，纯水泵启动运行。
⑿、纯水的电导率检测高时，纯水电磁阀门关闭，纯水回流电磁阀门开启；纯水电导率检测为低时，纯水电磁阀门开启，纯水回流电磁阀门关闭。
⒀、纯水泵与杀菌器联动。
⒁、清洗泵为手动状态运行。
⒂、系统有手动/自动两种工作运行状态。
⒃、停机控制为手动控制，当按下停机按钮，系统在5秒后自动停止。
根据净水系统工艺控制要求，我们编写PLC程序，进行试验室测试，然后安装到净水设备上，进行现场调试。（PLC 原程序参附程序Ⅰ）

二、PLC FBe-28MC I / O 点设置及中间存储器、定时器设置
根据净水系统工艺控制要求，针对PLC FBe-28MC 的主机电气规格，我们对PLC的I / O 点进行设置，并且将用到的中间存储器和定时器进行设置。
在下表中，给出了PLC的I / O点对应的控制电气信号或设备；并对中间存储器、定时器进行选择设置。

PLC FBe-28MC I / O（表 三）


注：16 点的输入，X 7, X 14, X 15没有接输入信号；Y 12没有接输出信号。

主要PLC FBe-28MC M、T（表 四）



三、GP37W2画面程序编写
Digital 公司GP系列可编程序触摸屏的画面设计及编成软件，在购买产品的时候可以获得。该软件为GP-PRO/PB3 for Windows (支持Windows 98 / Me / 2000 / XP 系统)，目前最新的版本为 Version 7.01。（本文附件中包括了净水系统的PLC程序）


在选择系统组成后，我们需要对系统进行编程，这里讲到的是对可编程序触摸屏的编程。既然是用触摸屏的触摸方式来控制该净水系统，我们需要做出画面，并设置按钮来，在手动控制环境下，按钮对应控制PLC中的中间存储器，从而达到控制PLC的目的。同样，在自动运行环境下为了把系统的各个电气设备的工作状态显示出来，以便现场控制技术人员采取对应的措施继续控制，我们需要做出报警画面，通过它来显示系统各个电气设备的工作状态，许多个指示灯，它们是功过监视PLC对应信号来显示的。
HMI 画面的制作和GP程序的编写，我们都可以用GP-PRO / PB3 for Windows软件来完成，其具体的操作和相应的规则，可以参考书籍Pro-face 操作应用基础、Pro-face 高级应用手册和the Manual of GP-PRO / PB3 for Windows ，仔细学习一下，你就可以很轻松的完成HMI画面的制作和GP程序的编写。
根据项目规则及净水系统工艺控制要求，并考虑调研得到的现场操作控制的需要，我们在对多套方案做出分析后，选择了本套方案，它满足控制的简单化，并易于现场技术员的控制。画面由五幅画面组成：主画面、控制选择画面、手动输入控制画面、自动控制状态显示画面和控制流程图画面。它们彼此间可以切换，并可以返回上一级画面，操作简单，且可以满足工厂现场控制需要。
如下图示，我们举出两幅画面例子，一幅为主画面，另一幅为手动输入控制画面。


在这里简要介绍一下画面的工作，当按下主画面时，我们进入控制选择画面，根据按钮提示下，按下手动输入按钮，则进入手动输入控制画面。根据工艺过程需要，我们可以选择不同的按钮按下，则相应的设备自动启动运行，按钮也会呈反色状态；若要其停止，则在相应按钮再按一次，则其相应设备停止运行，按钮也会恢复原色。


这种按按钮来控制电气设备，是通过控制PLC的中间存储器来实现的，而其颜色的显示则是通过监视PLC相应输出信号的状态实现的。如图示，在按下二级高压泵按钮时，弹出一个窗口Bit Switch Setting ，可以看到Operation Bit Address ，显示的是M 105中间存储器地址，它即是表四中列出的M 105，二级高压泵手动输入控制按钮。Bit Invert 是指控制位可以通过触摸的方式来实现置位和复位双重控制。
我们编写好的GP画面和程序最后需要的就是通过专用电缆GPW-CB02，通过PC上的串口和GP上的TOOL口，用RS232C通讯方式下载到GP上，这样GP的程序就算完成了。当然，我们可以通过使用仿真的方式，来查看画面的切换及程序的运行是否正确，为现场调试减少工作量。

四、PLC FBe-28MC 程序的编写
FATEK FB系列PLC 之一FBe-28MC PLC 程序的编写可以用对应的FP-07程序书写器来编写。但我们选用了用PC ( Personal Computer )来进行编写。FATEK FB系列PLC的专用编程软件为 WinProladder Version 1.06 (English) (支持 Windows 98 \ Me \ 2000 \ XP操作系统)，该软件在购买FB系列PLC时，可以从公司获得。（本文附件中包括了净水系统的PLC程序）。
该软件操作简单，采用梯形图（LED）编程方式。学习过电气工厂控制，具备一定的编程经验的技术员都能很快掌握。同时，我们也可以参考《永宏可编程序控制器FB系列-使用手册Ⅰ硬件篇&基础功能篇》，《永宏可编程式控制器FB系列-使用手册Ⅱ高级功能篇》该软件编程方便，传输下载程序都是很简单的。值得注意的事项是，我们在对编写好的梯形图程序，下载到PLC上的时候，我们需要对通讯参数进行设置。如下表所示：


在这里我们举个例子来进行说明,利用高速计数器作等长度截断控制。

工程结构：


从系统结构很容易看出，X 2 是一个检测输入信号，它是相当于一个运行常闭开关，即当可以检测到来料的时候，X 2输入信号存在，整个系统才可以开始工作；当无法检测到来料的时候，X 2 输入信号不存在，整个系统停止工作。X 4 是一个启动开关，开启系统作用，一旦X 4输入信号存在，则系统开始自动运行。

主程序：


我们根据该系统工艺控制要求，为该净水系统编写程序。前面已经给出了该系统 I / O点的设置，并且给出了中间存储器、计时器的设置选择。在附表Ⅳ中，我们给出了该系统的整个梯形图程序，供参考。
PLC程序编写好以后，我们就可以通过下载电缆，将PC上的程序下载到PLC上。到这一步，我们就完成了系统的软件部分。现在，我们可以通过GP-PLC通讯电缆，来实现系统的控制试验，最后则安装到机械设备上，进行现场调试。
系统安装好以后，在后期的维护中，我们如果需要对GP程序或PLC程序进行更