工控机与触摸屏PLC在数控弯管机上的应用与比较.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 一 O1 2 1 2 01 5 0 1 0 0 5 6 0 3 工 控 机 与 触 摸 屏 P LC 在 数 控 弯 管 机 上 的应 用 与 比较 李 亚 忠 江 阴机 械 制造有 限公 司 ， 江苏江 阴 21 4 4 0 4 摘 要 本 文从 结构 性 、 性价 比 、 外设 配 置 、 人机 界面 、 编 程 工具 、 数据 处理 与 图形 显 示 、 系统 配置 等 方 面详 细 比较 了工控机 与触摸屏 P L C 两者 之 间 的优 劣 ， 为数控 弯 管机 系统选 型提 供 参考 。 关 键词 机械 制 造 自动化 ； 工控 机 ； P L C； 数控 弯管机 ； 应 用 ； 比较 中 图 分 类 号 T G3 5 5 ． 3 4 文 献 标 识 码 B DOI 1 0 ． 1 6 3 1 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 0 1 2 1 ． 2 0 1 5 ． 01 ． 01 8 0概 述 随着 工业 的高速 发 展 ， 工控 机 与 P L C得 到 了更 加广泛 的应 用 。 以弯管 机的 数控 系统 为例 ， 工控 机与 P L C二 者都 能满 足系统 需求 ； 工 控机 价格 较 高 ， 编程 较 为 复 杂 ， 但 功 能 强 大 ， 控 制 精 度 高 ， 甚 至 能 完 成 复 杂 _一维 图 形 的 动 画 演 示 ， 如 弯 管 动 态 演 示 、 干 涉 区模 拟 等 高级 功 能 ； P L C的价 格 相对 较 低 ，编 程 较 为 简 单 ， 尽管 功 能不如 工控 机强 大 ， 但 也能 满足 一般 要求 及 控 制 精 度 高 的场 合 。 1工 控 机 与 PLC 比 较 随着 工控机 性能 的快 速发 展 以及 其 可靠 性 的提 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 1 4 作者 简介 李亚 忠 1 9 7 1 一 ， 女 ， 工程 师， 从 事电气设计及 软件 开发设 计 [ 2 】 成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 俞新陆． 液压机 的设计与应用[ M] ． 北京 机 械1 二 业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 4 ] 臧 克江 ， 主编 ． 实 用液 压技 术丛 书[ M] ． 北京 化 学工业 出版社 2 0 0 9． 高 ， 再加 上其 价格 的降低 ， 使 工业 控制 计算 机 越来 越 广 泛地 应用 在过 程控制 和 自动化 领域 。它具 有 高可 靠 性 、 实时 响应 处理 ， 易于 扩展 、 具有 丰 富的 数字 量 、 模 拟量 及开 关量 的输 入输 出接 口，能适 应恶 劣 的 L 业 现 场 环境 等优 势 。工业 P C标 准 的插 卡 是 专 为1 二 业 乃 至 军 用 恶 劣 环 境 下 ，保 证 系 统 连 续 运 行 而 设 计 制作 的 ， 另 外 ， 工 业 标 准插 卡 的模 块 化 机构 ， 也 使 其 在 维 修 时 能 得 以快 速 替 换 。 可 编程 序控 制 器 P L C是 上世 纪 7 0年代 发 展 起 来 的新 一代 工业 控 制装 置 ， 8 0年 代 以来 ，随 着微 处 理 器 技 术 的发 展 ， 广 泛 应 用 于 工 业 控 制 的 各 个 领 域 。 它 以继 电器 逻辑 控制 为基 础 ，逐 步 发展 成 为既 有逻 辑 控 制 ， 又 有 计 数 、 计 时 、 分 支 程 序 数 学 计 算 、 模 拟 量 、脉 冲控 制 等综 合 控 制装 置 。从 硬件 方 面 考 虑 ， P L C实 际 上 是 一 种 具 有 适 用 于 工 业 控 制 接 口的 专 用 计 算 机 。 [ 5 ] 王兰 ， 郭宝锋 ， 金淼 ， 等． 液压机用液压缸 的计算机辅助设 计 [ J l _锻压装备与制造技术 ， 2 0 0 3 ， 3 8 4 ． [ 6 ] 孙厚创 ， 甄志强 ， 赵 四海 ． 高压油缸 的应 力分析及其优 化设计l J 1． 锻压装备与制造技术 ， 2 0 0 9 ， 4 4 3 ． ；u p po r t br a c k e t i n h y d r a u l i c pr e s s 2 0 1 1 0 8 ， Ch i n a c o mmo n i n hy dr a u l i c s y s t e m， e s p e c i a l l y r t a i n i n s t a n c e i n h y d r a u l i c s y s t e m i n t h e e n d i s c u s s e d ． 电 气 开 发 者 的 任 务 就 是 通 过 选 用 通 用 的 2 1 2 业 控 制 计算 机及 其 接 口板 卡 ，或者 合适 的可 编 程序 控 制 器 及其 扩展 模 块 ，配 以 自行开 发设 计 的控 制 软件 系 统 来满 足 不 同弯管 机 用户 的使 用要 求 。在 此 主要 针 对 由工控 机 与 P L C构 成 的数控 系统 作 一 比较 。 1 硬 件 结 构 。工 控 机 与 P L C均 由 中 央 处 理 器 CP U、 存 储 器 、 输 入 输 出设 备 等 组 成 ， P L C是 一 种 专 用 的计算 机 ，但 它与 工控 机有 着 不 同的 总线 体 系结 构 。 2 性价 比。工 控机 与 P L C均具 有 高性 能 、 高集 成 化 、 模 块化 及 大批量 生 产 和广 泛应用 等 特点 。 当设 计 的 控 制 系 统 中 没 有 较 复 杂 的 数 据 处 理 、 图 形 显 示 或运 动 轨迹 等 要 求 时 ， 选 用 P L C可 以获 得 较好 的性 价 比 。所 以一 般普 通 弯管机 选 用一 体式 P L C即可满 足要 求 。其 控制 成本 也 较低 。反 之则 只 能选 用 工控 机 板 卡或 工 控机 P L C构 成 的控制 系统 。 3 外 设 配 置 。工 控 机 较 P L C具 有 更 丰 富 的 外 部 设 备 ， 如 显 示 器 、 驱 动 器 、 打 印机 、 网 络 接 口卡 等 且 均 为标 准 部 件 ，不 同的 厂 商 生 产 的 外设 只 要 配 上 相 应 的 驱 动 软 件 就 可 以 相 互 通 用 。 而 P L C 的 外 设 种 类 较 少 ， 而 且 专 用 性 较 强 ， 不 同 品 牌 的外 设 不 可 通 用 。 ． 4 人 机 界 面 工 具 。 触 摸 式 工 业 显 示 器 是 一 种 连 接 人类 和 P L C的 Z l 2 具 。可用 以参 数设 置 ， 数据 显示 、 以 曲线 、 动 画 等 形 式 描 绘 自动 化 控 制 过 程 ， 并 可 简 化 P L C的程序 ， 比之传 统 的模 拟仪 表 、按 钮 操作 台而 言 ， 其 体积 小 ， 并 简化控 制 连线 。随着2 1 2 业 控制 任 务 复 杂性 不 断增 加 和市 场竞 争 的加剧 ，在 操 作显 示 和 故 障 诊断 方 面 ，对 控 制 系统 的人机 界 面提 出 了越 来 越 高 的要求 ， 例 如 图形 显 示 ， 操 作 菜 单 引 导 、 汉 字 显 示 等 。 目前 生产 触摸 屏 的厂 商及 型号 较 多 ， 如 日本 三 菱 、 欧 姆 龙 、 光 洋 、 富 士 、 德 国西 门 子 、 台 湾 地 区 台达 、 EAS YVI E W 等 ， 这 些 厂商 同时 还 生 产 P L C、 伺 服 、 变 频 器 等2 V _ 控产 品。 由于 电子 产业 的迅 猛发 展 ， 目前 触 摸 屏 的 功 能 也 得 到 了 很 大 发 展 ， 可 联 接 打 印 机 、 u 盘 、 S D卡 、 以太 网络 等 ， 价格 也 下 降很 多 。最早 我 公 司 是 选 用 的 日本 DI GI T AL公 司 的 GP触 摸 屏 ， 当 时 其 价 格 非 常 昂 贵 ， 一 般 的 5口 黑 白 屏 就 要 6 0 0 0多 元 人 民 币 ， 而 l 0口 屏 则 要1万 多 元 ， 而 目前 台 达 生 产 的 7口 宽 屏 只 需 1千 多 元 ， 性 价 比 非 常 好 。 我 公 司 生 产 的 W2 7 Y 的 C型平 面 弯 管 机 就 是选 用 的触 摸 屏 P L C 的 控 制 模 式 ， 满 足 了 数 据 输 入 和 工 作 参 数 显 示 及 简 单 图形显 示 的要求 ，提高 了机 器 的易 操作 形 和 可 维 护 性 。 5 编程 工具 。对 于工 控机 ， 可 以采用 C语 言等 高 级语 言编 程 ， 使 编 写 的应 用程 序便 于模 块 化 ， 运行 逻 辑性 强 ， 但 软 件 编 制 时 间长 ， 调 试 复 杂 ， 软 件 编程 人 员需要 有 较高 的软 硬件 知识 。而 P L C则 采 用梯形 图 ， 软 硬 件 开 发 周 期 短 ， 易 维 护 和 故 障 诊 断 。 6 数 据 处 理 与 图 形 显 示 。 高 档 数 控 系 统 多 利 用 工 控机 ，计 算机 图形 处 理技术 给 用户 提供 了丰富 的 图 形 功 能 ， 具 有 加 工 零 件 显 示 、 运 动 轨 迹 显 示 、 加 工 过 程 的动态 模 拟等 功能 ， 使操 作者 获得 最 为直 观 、 形 象 的 了解 ， 大大 提高 了机 床 的应用 体验 。 此 时选用 工 控 机 板 卡或 工控 机 P L C的控制 模 式 ，可 以满足 控 制 系统 的要 求 。 7 系 统配 置 形 式 。工 控机 的外 形 一 般 较 P L C 大 。小 型 P L C一般 采 用一 体 式 结构 即在 其基 本 单 元 上将 C P U、 电源 、 输 入输 出单 元集 成一 体 ， 其扩 展 模 块 多 采用 电缆 与基 本单 元 相 连 ， 而 中 大型 P L C多 采用 框架 结 构 C P U、 电源 、 输入 输 出模 块 分离 ， 以模 块 的形 式 安装 在 框 架 插槽 上 ， 根 据 系统 要 求 ， 在 框 架插 槽上 可插 上输 入输 出模 块 、 计数 模块 、 模 拟量 输 入输 出模 块 、 位置 控制 等模 块 。2 12 控 机 的 C P U板 、 计 数板 、 模 拟 量 输 入输 出板 、 开关 量 输 入输 出板 、 位 置 控制 板等 插在 无 源底板 的总线上 槽 ，一 起安 装 在有 金属 屏蔽 的机 箱 内 ， 体 积相 对较 大 。 2 ． 某 公 司 弯 管 机 的 系 统 配 置 情 况 某 公 司 的普 通 液 压 弯 管 机 均 使 用 小 型 P L C一 体机 。其 价格 相对 较低 ， 可 以获 得较好 的性价 比。为 增 加 参 数 的 输 入 与 显 示 功 能 ，在 NC弯 管 机 上 选 用 一 台2 1 2 业触 摸屏 作 为人机 界 面 ，方 便 了用 户使 用 与 维 护 。 CNC弯 管机 的数控 系统 配 置 依 据小 车送 进 与 转 角 的驱动 形式 有变 频器 和交 流伺 服两 种形 式 。 W2 8 Y 型 变 频 器 驱 动 形 式 的 弯 管 机 ， 选 用 一 体 式 P L C GP 触 摸 屏 即 可 达 到 系 统 性 价 比 较 好 的 控 制 方 案 。但 这 种 驱 动 形 式 决 定 了机 床 的工 作 效 率 送 进 速 度 与 转 角 速 度 与 精 度 送 进 与 转 角 的 重 复 定 位 精 度 不会 很 高 ， 但 是 由于 变 频 器 相 对 伺 服 来 说 价 格低 了很 多 ， 所 以该 类 机 型 的定 位 是 一种 经 显示器 电子盘 键盘 硬盘 打印机 计数板 弯曲 ， 送进 转角检测 编码器输入 开关量输入板 弯管机 限位接近 开关输 入 开关量输出板 弯管机电磁阀等动作控制 位置控制板 送进与转角交流伺 服控制 模拟量输 出板 弯 f} } f 与侧推液压伺服控制 图 1 工控机构成的 C N C数控立体 弯管机控制系统简 图 触摸屏 触摸屏 弯管机按钮接近开关 ， 编码器等输 入 弯管机电磁阀等动作控制 图 2 P L C与触摸屏构成 的 N C数控平面弯管机 计数模块 弯曲 ， 送进转角检测 编码器输入 开关量输 出模块 弯管机电磁阀等动 作控制 开关量输入模块 弯管机按 钮接近开关输入 位置控制模块 送进与转角交流伺 服控制 模拟量输出模块 弯曲与侧 推液压伺 服控制 图 3 P L C与触摸屏构成 的 C N C数控立体弯管机 高 速 高 精 度 的 性 能 。早 在 2 0 0 0年 ， 因 为 人 机 界 面 和 P L C 的 功 能 没 有 现 在 这 么 强 大 ， 价 格 也 比较 昂 贵 ， 因 此 形 式① 是某 公 司 之前 在 C NC数控 立 体 弯 管 机 上 的 配 置 。 随 着 时 代 的发 展 ， P L C与 触 摸 屏 价 格 大 幅 下 降 ， 公 司 目前 选 用 的为② 、 ③两 种形 式 。P L C上所 配 置 的某 些扩 展模 块功 能较 ①配 置 的接 口板 卡功 能更 为 强大 ， 硬 软件开 发设 计更 为方 便 ， 也 有 更高 的 可靠 性 ， 加 上 P L C本 身 的 特 点 ， 软 硬 件 开 发 难 度 相 对 较 小 ， 开 发 设 计 周 期 短 ， 调 试 相 对 简 单 ， 因 P L C上 带 有 输 入 输 出状 态 指 示 灯 ， 对 用 户 而 言 ， 故 障 诊 断 与维 护 更 为方 便快 捷 。 虽 然人 机 界面得 到很 大 的发展 ， 但 如 需 管 件坐标 参 数与 弯管参 数 的 自动互换 ， 以及 三 维 立 体 显示 与干 涉显示 ，动画模 拟 时只有 形 式③ 才 能 实 现 3结 束 语 根 据某 公 司 使用 的工 控 机 与 P L C和触 摸屏 构 成 的控制 系统 情况 来看 ，它 们都 有很 高 的可靠 性 以 及 易扩展 性 、 易维 护性 等特点 。 系统 故 障大部 分发 生 在 控制 系统 的外 围线路 ，如 电缆接插 件 焊接 部分 虚 焊 脱 落 、 导 线 接 线 端 子 的 松 脱 、 限 位 开 关 与 接 近 开 关 的损坏 等 。随着 科技 的发 展 ， 工控 机 与 P L C和触 摸 屏 将更 广泛 地进 入工 业领域 ， 从 市场 角度 来说 ， 它们 互 为 补充 ， 满 足 不 同用 户 的需求 。 【 参 考文 献 】 [ 1 】 研华 中国 公司． 工业 自动化解决方案． 研华 中 国 公司 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 殷洪义 ， 吴建华 ， 主编． P L C原 理与实践[ M] ． 北京 清华大学 出版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 廖常初 ， 主编．P L C编程及应用[ M] ．北京 机械 T业 出版礼 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 薛迎成 ， 主编． 工控机及组态控制技术原理 与应用【 M] ．北京 中国 电力出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 5 ] 杨 成林． 工 控机市场 发展现状 分析[ J 1 ． 国 内外 机 电一体 化技 术 ， 1 9 9 8 ， 1 ． [ 6 J 王建 ， 宋永 昌， 主编． 触摸屏 实用 技术[ M] ． 北京 机械 工业出版 社 ， 2 0 1 2 ． Appl i c a t i o n a nd c o mpa r i s o n o f i n dus t r i a l c o mput e r a nd t o u c h s c r e e n PLC i n t he CNC t ub e be n di ng ma c hi ne LI Ya z h o n g t i n g t h e s y s t e m mo de l o f CNC App l i c a t i o n ； Co mp a r i s o n