触摸屏控制的等离子喷涂系统研制.pdf

1 1 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增铡 触摸屏控制的等离子喷涂系统研制 王永锋，张东辉，都勇超 北京航空裁遣工程研究所，商能束流加工技术国防科技重点实验室，托京，1 0 0 0 2 4 摘簧根据等离子喷涂工艺对控制系统的要求，研制了采用触摸屏 可编稷控制 P L C 的簿离子喷涂 按溅系统，并麓要奔缨了整个系统豹硬谗组成及基本绩擒、工俸原理秘软传实施方案。遥过燕耀涯疆， 该系统具有较高鼗稳定毪纛荔震倭，藏维护更麓方便。 一 关键词触摸屏；P L C ；等离子喷涂；M O D B U S 巾图分类号T G l 7 4 ．4文献标识粥A 文章编母1 0 0 7 - - 7 5 4 5 2 0 0 8 S o 0 1 1 2 0 4 D e v e l o p m e n to fP l a s m aS p r a y i n gS y s t e mC o n t r o l l e dw i t hT o u c hS c r e e n W A N GY o n g - f e n g ，Z H A N GD o n g h u i ，H A OY o n g - c h a o B e i j i n gA e r o n a u t i c a lM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ，N a t i o n a lK e yL a b o r a t o r yf o rH i g h E n e r g yD e n s i t yB ％搬P r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 2 4 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fp l a s m as p r a y i n gt e c h n o l o g y ，ap l a s m as p r a y i n gs y s t e mc o n t r o l l e d w i t ht o u c hs c r e e np l u sp r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e ri sd e v e l o p e d ．T h eh a r d w a r e ，b a s i cf r a m e ，w o r kp r i n - c i p l ea n ds o f t w a r ep r o j e c to ft h ew h o l es y s t e ma r ei n t r o d u c e db r i e f l y ．I ti sp r o v e dt h a tt h es y s t e mh a sh i g h s t a b i l i t y ，a n di tc a nb eu s e da n dm a i n t a i n e de a s i l y 。 K e y w o r d s T o u c hs c r e e n ；P L C ；P l a s m as p r a y ；M O D B U S 当前，国产的等离子喷涂设备控制系统主要采 用机械按缀及旋钮控制的方法，控制柜、送粉器、热 交换器需要分开单猛控麓，囔涂过程枣操佟者必须 根据喷涂的时序要求分潮给予手动控制，这样在每 次操作过程中诸多的重复操作耗费了操作者较多的 精力。 近年寒触摸屡技术发展迅速，触摸屏被应震子 各个领域，舷摸屏具有方便赢观、墨像清淤、坚固{ | l j } 用和节省空间等优点，使用者只要用手轻轻触碰显 示屏上的网符或文字就能实现对主机的操作和查 询。采用触摸屏可以很容易实现对整个系统的集中 控髓，获褥大大提高诗算撬的可操嫠缝，使入橇交互 更为方便、直接；同时，可编程控制器 P L C 具有抗 干扰能力强、应用面广、功能强大、可靠性高等优点； 二者的结合目前已用到工业自动化等很多领域脚。 作者蕊奔王永锋 1 9 7 8 一 ，瓣．海北石家庄人，鼍穗癖，旗士。 网此，我们设计了采用触摸屏 可编程控制器 P L C 进行控制的等离子喷涂系统，在应用中得到 了较好麴效果。 l设计方案 研制的等离予喷涂控制系统盎要配置与结构如 隧l 耩示。 系统中，触摸屏采疆台湾威纶的酗T 8 1 2 l 繁 1 2 ．1 “6 5 5 3 6 色T F T 液晶显示屏；该触摸屏提供了 R S 2 3 2 、R S 4 8 5 骶种通讯接口，可同时连接三种不同 的P L C ／C o n t r o l l e r ；提供的三缀U S B 2 ．0 接口，W 以 方便扩震抒露视、鼠标、U 盘等U S B 设备；离时触摸 滕提供了1 0 0M 的以太网通讯端暖，利用其快速的 资料交换功能，可以实现程序的远程上传与下载，及 控制触摸屏，从两使售后服务变褥异常筒单，只嚣借 万方数据 套 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊1 1 3 图1系统主要配置与结构图 F i g ．1M a i nc o n f i g u r a t i o na n d f r a m e w o r ko fs y s t e m 助I N T E R N E T 就能实现系统的故障诊断及现场修 溅；触摸屏提供了C F 卡接口，用于进行配方数据、 魇史事件记录，霹瘸于保存常燕的喷涂粉末参数，方 使矗接调用。鉴予在工监控铡领域，R S 4 8 5 具有可 靠性高，传输距离远，且抗干扰熊力强等优点，所以 在本系统中采用触摸屏的R S 4 8 5 接口与P L C 通 讯，完成触摸屏与P L C 之闯的数据交换。 P L C 采爱德睡嚣羹子公霹盼S 一2 0 0e P U 2 2 4 X P ，采用数字爨扩展模块E M 2 2 3 、模拟量输入 模块E M 2 3 1 、模拟摄输出模块E M 2 3 2 分别对数字 爨与模拟量进行了扩展，以满足控制系统要求。 P L C 在整个系统审终鸯下位橇对各气体压力传感 器、电磁阀、质量流量计、电源、送粉器等各个单元进 行数据采集、处理与控制。 喷涂工作中，P L C 要在连续的循环过程中不停 撼进行大量的数擐采集，并对获褥数据进行处瑗，再 将处理好的数据送至触摸犀，过多酶数据采集麓处 理，会影响系统的运行速度。因此，为了减小P L C 的负担，提高其运行速度，系统中的热交换器采用了 专门的单片机控制系统。同时，为了实现触摸瓣对 热交换器的集巾簸控，特采用了豢予R S 4 8 5 接麓酶 M O D B U S 协议来实现触摸屏和热交换器控制器通 讯，将热交换器处理好的各温度参数送至触摸屏，完 成数据显示和温度参数设定的功能。 2 触摸屏界面设计 W E I N V I E W 触摸屏配套提供了强大的图形编 辑软件E a s y B u i l d e r 80 0 0 ，其中包含了功能按键、数 值、文本曩示与输入、数据配方、资料取样、备份及各 种匿、裘等功能组俘，使褥图形人视交越界面酶设计 变得方便、快捷。本控制系统各主要窗口界面如图 2 所示。 圈2 触摸屏界面组成 F i g 。2M a i ni n t e r f a c eo ft o u c hs c r e e n 舷摸羼上电螽首先进入自身系统缒塞动画西， 凡秒钟麓进入喷涂系统的主界面，在圭界面可疆辍 据需要完成不同界面的跳转，各界面基本功能如下 1 主界面；正常开机启动界面，在主界面里 可选择进入测试界面、参数设置、喷涂正传界面、事 季孛记录、系统设差、打露及帮助等界面； 2 测试界面；聩涂前的准备工作界面，在停弧 状态下，可以分别对离子气、送粉器载气与转速、热 交换器冷却水进行启动和测试，同时显示各测试参 数； 3 参数设置界面；该界面中设鬣并保存了多 组常用粉末的喷涂参数。工作时可以方便地将选中 的粉末参数调出，并下载到工作界面作为本次喷涂 的预设参数。利用触摸瓣的数据配方功麓，可以保 存曾经使耀过的参数，褥次生产时直接调出露可运 行，简化了更换产品后的喷涂参数调整过程，提高了 效率； 4 工作界厦；喷涂运行时的主灏谣。可以设 墨褒实对显示毫流、电豢、主气压力、次气篷力、主气 流量、次气流量、送粉载气流量、送粉转速、送粉气压 力、冷却水温度等参数，以及显示各控制位的状态； 5 报警界面；当校喷涂运行中出现故障，如冷 帮承流餐、压力低、湿度褰，主气压力低、离子气流量 低等情况时，P L C 系统将锬定教障，立郄停孤，并置 位相关的控制位，使触摸屏弹出报警窗口，发出声 光报警信号，并在报警条中给出相应的故障文字信 万方数据 1 1 4 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 息；待故障排除后，可关闭报警界面，重新回到工作 界面进行操作； 6 事件记录界面；主要记录喷涂过程中的故 障报警信息，并可记录事件发生的日期和时间； 7 系统设置界面；可对整个系统的时间、外接 鼠标、外接键盘、按键音等进行设置； 8 打印界面；对本次喷涂过程中使用的各个 参数实施打印； 9 帮助界面；简要介绍整个控制系统的基本 组成及操作、设置方法，帮助用户快速掌握整个系统 的基本使用。 3 P L C 软件设计 由于在W E I N V I E W 触摸屏编辑软件中内嵌了 触摸屏与西门子S 7 2 0 0 系列P L C 的通讯程序，所 以在设计中只需选择P L C 类型，设置通讯接口类 型、P L C 站号、波特率、奇偶校验、数据位，停止位， 并将触摸屏的各功能组件地址同P L C 的位地址及 寄存器地址相对应，即可很容易实现触摸屏与P L C 之间的通讯。所以，在P L C 软件设计中无需设计专 门的通讯程序。系统中采用触摸屏的R S 4 8 5 接口 与P L C 的P o r t l 通讯口通讯，P L C 预设站号2 ，波 特率设为96 0 0k b p s ，偶校验，8 位数据传输、1 位停 止位‘2 1 。 喷涂工作中，P L C 作为下位机来完成等离子喷 涂过程的时序控制、状态监控、数据采集与处理、及 各种事件的处理。P L C 程序采用S T E P7 一M i c r o ／ W I NV 4 ．0S P 3 软件编写。整个P L C 的程序流程 如图3 所示。 由图3 可见，主程序主要由上电初始化、起弧过 程、故障监控程序、停弧过程几部分组成，可以完成 喷涂过程的时序控制、故障位监控及各种事件的处 理，保障喷涂工作的顺利进行．通过定时中断0 中 断，在中断子程序中来进行对电流、电压、主气压力、 次气压力、主气流量、次气流量、送粉气压力、送粉载 气流量、送粉转速等参数的数据采集与处理。 4热交换器的控制 系统中采用基于R S 4 8 5 接口的M O D B U S 协议 进行触摸屏和热交换器控制器通讯，以触摸屏作主 站，热交换器作为从站，来实现触摸屏对热交换器的 集中监控。 M O D B U S 协议是一种通用的工业标准通信协 议，目前广泛应用于各种电子控制器，通过此协议， l 定时中断 J 入u I ‘ 对喷涂参数采样并处理 包括电流、电压 主气压力、流量 次气压力、流量 送粉气压力、流量 送粉转速等参数 图3P L C 程序流程框图 F i g ．3P r o g r a mf l o wc h a r to fP L C 在不同的控制器之间可以进行通信。W E I N V I E W 触摸屏支持M O D B U SR T U 与M O D B U SA S C I I 两种传输模式，考虑到传输速度，在本系统中采用 M O D B U SR T U 传输模式进行触摸屏和热交换器 的通讯。 在触摸屏软件中添加M O D B U SR T U 通讯方 式控制器，设置热交换器预设站号1 ，波特率设为 96 0 0k b p s ，无校验，8 位数据传输、2 位停止位。 M O D B U SR T U 协议的消息帧结构地址码8 位、功能代码8 位、数据区N 8 位、错误校验码1 6 位。 地址码地址码表明设置好地址的从机将接收 由主机发送来的信息。每个从机都有唯一的地址 码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送。且 响应回送消息均以各自的地址码开始。系统中，将 热交换器控制器作为从机，将地址设为1 。 功能代码主机发送请求，通过功能码告诉从机 执行什么动作；从机响应请求，从机发送的功能码与 从主机发送来的功能码一样，表明从机已响应主机 进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为1 ， 则表明从机没有响应操作或发送出错。表1 列出了 触摸屏常用M O D B U S 支持的部分功能码。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 1 1 5 袭1 常用M O D B U S 功能码 T a b l elM a i nf u n c t i o nc o d eo fM O D B U S 数据区数据区包含需要从机执行什么动作，或 圭扶租采集翡返送信息。这些蔼息霹以罴数值、设 置点、地麓簿。如热交换器的启停控裁、各湿度参 数的传输。 S P R 及M O D B U S 交量掘舔纯 一I 一 一r 接收主机数据 一◇N 完成功能弱的鞫瘫功能 并向主机发送数据 豳4 单冀褫程序漉程图 F i g ．4P r o g r a mf l o wc h a r to fm i c r o - c o n t r o l l e r 错误校验码错误检测码的内容是通过采用 C R C 1 6 校验方法对滇息内容送行“循环冗余梭 测”褥毒的两个字繁。添加时低字节在前，高字节在 盾。主机或从机可用校验码判别接收信息是否出 错。 热交换器的掇制器采用单片机控制系统，在单 背撬熬控裂程旁巾嵌人了遵循泌0 转B U S 协议懿通 讯程序，来实现触摸屏与热交换器的通信，该通讯程 序主要由3 部分组成，即初始化程序、数据接收筲 数据处理程序及执行功能代码功能与发送程序。其 圭程序流翟图如爨垂所示。 通过触摸霹与热交换器果用M O D B U S 协议进 行通讯，成功实现了对热交换器的集中监控，完成了 热交换器温度参数的显示与温度参数设定的功能。 5结束语 触摸屏与P L C 组成的等离子喷涂控制系统设 计简单、功能完善，性能可靠稳定、操作方便，可全 霹可靠地实现喷涂过程中对各喷涂参数的实时黢 控。 参考文献 [ 1 ] 张延年，陈少雄．触摸屏技术在水厂实时监控中的应用 D ] 。控制系统，2 0 0 4 ，2 0 1 0 2 7 2 8 ． [ 2 】嚣门子公霉．S I M A T I Cs 一2 0 0 缡毽手蓊【鹾】。2 0 0 4 2 0 9 2 4 2 ． [ 3 ] 李明伟，郭广蜂，黄鸽．P I C 单片机姆触摸屏串行通俗的 M O D B U S 协议实现口] ．自动化岛仪器仪表，2 0 0 5 9 4 0 一4 2 ． 万方数据