PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计

基于PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计

摘要：分析砌块成型机的控制要求，设计基于西门子PLC和eView触摸屏的电气控制系统，介绍硬件系统的设计过程、软件的实现方式及人机界面的设计。提出系统应加入半自动操作模式，实现试做砖时边做砖边调整并保存参数的功能，采用两级工作压力设定，使设备运行更平稳。设备投入运行后，该控制系统性能稳定、抗干扰能力强，大大提高了砌块成型生产的自动化水平和生产效率。

近几年国家正逐步禁止粘土实心砖的使用，免烧压制的空心砖需求量越来越大，早期制砖设备的控制系统多为人工操作或者是单片机控制，可靠性低、故障率高、维护困难。可编程控制器（PLC）作为一个新兴的工业控制器，具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便、体积小、重量轻、抗干扰能力强等优点，广泛应用于自动

化设备的各个领域〔1〕

。基于PLC控制器的砌块成型机自动化程度高，可以完全适应规模生产，将成为未来砖机行业的主流，对其进行研究具有重要意义。

1砌块成型机控制要求分析

对砌块成型机生产现场的工艺过程进行分析，总结其

主要控制要求。

（1）系统应具有手动、半自动和全自动三种操作模式。现在市面上大部分砌块成型机只有手动和全自动两种操作模式，手动操作模式通常在故障排除及空机调试时使用，全自动操作模式则用于正常生产过程。而半自动操作模式主要是在试做砖时使用。由于试做砖过程中很多压力参数和时间参数都要根据不同砖型和不同原料进行调整，在半自动操作模式下可实现边做砖边调整参数，调整好后直接保存起来，备用。

（2）要求各个动作间都要联锁。比如压头不在上位、底模不在下位时不能送料；料车不在

后位时，不能降压头或升底模；底模不在上位时，不能送板等。

（3）要求设备工作平稳，到位之前有减压或减速过程。（4）应具有良好的人机界面。通过界面可以观察当前工作状态，可以输入工艺参数，显示关键工艺参数。（5）系统具备报警和故障处理功能。

2硬件设计

砌块成型机的电气控制系统主要包括PLC控制器、触摸屏、限位开关、电机和其他低压元器件。硬件设计主要有PLC和触摸屏选型、I/O地址分配和系统的硬件电路设计等几个方面。2.1

PLC和触摸屏选择

根据控制要求和控制功能的分析，整个系统共有25个开关量输入、18个开关量输出和1个模拟量输出，同时考虑到经济性和I/O要有一定的预留量，PLC机型选择德国西门子的S7－200系列CPU224XPCN一台及S7－200系列模块EM223CN（16点输入/16点输出）一台。CPU224XPCN有14个数字量输入点，10个数字量输出点，2个模拟量输入点和1个模拟量输出点。S7－200系列具有结构紧凑、性能优异、程序容量较大

触摸屏采用eView系列MT508T触摸屏。MT508T使用EB500组态软件编辑，具有多种图形控件和功能控件，可以设计出满足系统要求的人机界面，PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯〔3〕。2.2

控制系统的I/O地址分配

表1示出了砌块成型机控制系统的I/O地址

分配。

表1砌块成型机控制系统I/O地址分配地址功能地址功能I0.0油泵启停I3.0退板到位I0.1自动运行I3.1主机急停I0.2手动运行I3.2过载保护I0.3半自动运行Q0.0大泵电机运行I0.4模振Q0.1小泵电机运行I0.5升压头Q0.2分料电机运行I0.6降压头Q0.3送砖电机

运行I0.7升模Q0.4搅料电机运行I1.0降模Q0.5自动运行指示

I1.1送料Q0.6升压头I1.2退料Q0.7降压头I1.3送板Q1.0升模I1.4退板Q1.1降模I1.5分料Q2.0送料I2.0送砖Q2.1退料I2.1升压头到位Q2.2送板I2.2降压头到位Q2.3退板I2.3升模到位Q2.4模振I2.4降模到位Q2.5振动切换I2.5送料到位Q2.6差动I2.6退料到位Q2.7故障指示灯I2.7

送板到位

AQW0

比例阀控制信号

I/O地址的分配应做到使输入点的顺序尽量和输出点的顺序一致，这样编写程序比较不容易出错。2.3

硬件电路设计

根据上述控制要求分析和I/O地址分配，硬件电路的设计如图1（见下页）所示。

图1中中继表示中间继电器，PLC的输出通过中间继电器隔离保护，以防输出电磁阀短路造成PLC的损坏。SB3是三向选择开关，用来切换手动和半自动操作模式。全自动操作模式是在半自动状态下，再按自动运行按钮SB2。SB7是两向选择开关，SB5与SB6是十字开关。为了使

机器能平稳工作，延长机器的使用寿命，所有动作皆分为两级压力：工作压力和减速压力。其中工作压力的工作阶段由时间控制，时间到或行程到则自动转入减速压力工作阶段。动作开始时，启动工作压力，工作时间到则转减速压力直至限位开关到位，结束该动作。液压系统中采用了压力比例阀，PLC通过模拟量输出点AQW0输出0～10V的电压值，经HNC1085比例驱动板转换为0～800mA的电流值，从而控制压力比例阀输出所需的压力值。

3PLC程序设计

图2为砌块成型机的系统主程序

黎明职业大学学报2010年9月

触摸屏采用eView系列MT508T触摸屏。MT508T使用EB500组态软件编辑，具有多种图形控件和功能控件，可以设计出满足系统要求的人机界面，PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯〔3〕。2.2

控制系统的I/O地址分配

表1示出了砌块成型机控制系统的I/O地址

分配。

表1砌块成型机控制系统I/O地址分配地址功能地址功能I0.0油泵启停I3.0退板到位I0.1自动运行I3.1主机急停I0.2手动运行I3.2过载保护I0.3半自动运行

Q0.0大泵电机运行I0.4模振Q0.1小泵电机运行I0.5升压头Q0.2分料电机运行I0.6降压头Q0.3送砖电机运行I0.7升模Q0.4搅料电机运行I1.0降模Q0.5自动运行指示

I1.1送料Q0.6升压头I1.2退料Q0.7降压头I1.3送板Q1.0升模I1.4退板Q1.1降模I1.5分料Q2.0送料I2.0送砖Q2.1退料I2.1升压头到位Q2.2送板I2.2降压头到位Q2.3退板I2.3升模到位Q2.4模振I2.4降模到位Q2.5振动切换I2.5送料到位Q2.6差动I2.6退料到位Q2.7故障指示灯I2.7

送板到位

AQW0

比例阀控制信号

I/O地址的分配应做到使输入点的顺序尽量和输出点的顺序一致，这样编写程序比较不容易出错。2.3

硬件电路设计

根据上述控制要求分析和I/O地址分配，硬件电路的设计如图1（见下页）所示。

图1中中继表示中间继电器，PLC的输出通过中间继电器隔离保护，以防输出电磁阀短路造成PLC的损坏。SB3是三向选择开关，用来切换手动和半自动操作模式。全自动操作模式是在半自动状态下，再按自