论文部分内容阅读
摘要：空压机组是一个由多台空压机、PLC电气系统等组成的复杂工业集成系统，该类系统具备空压机自动运行和停机功能，动作复杂且具有严格的先后逻辑关系。现基于目前市场上经济、便捷的触摸屏PLC一体机进行空压机组控制系统的设计，从现场实际需求出发，对3台空压机进行逻辑梳理和设计，从而实现自动控制，保证空压机组在实际运行过程中动作顺畅、性能稳定、可靠性高。
关键词：空压机组;控制系统;触摸屏PLC一体机
0 引言
触摸屏PLC一体机作为工业自动化领域的三大支柱之一，具有编程调试方便、稳定可靠的优点，其在工业领域的应用越来越广泛。福建农林大学的彭亚楠等人[1]，运用触摸屏PLC一体机设计的太阳能热水控制系统，其运行稳定，操作方便明了，能很好地满足使用者的要求，同时具有良好的经济效益。广西广播电视技术中心北海分中心的陈冠强等人[2]，基于触摸屏PLC一体机设计了发电机主备蓄电池智能测评及转换装置，该系统在运行的一年多时间中，操作方便，工作稳定可靠，能避免蓄电池故障导致发电机不能正常启动的问题，确保了广播电视安全播出。天津农学院的何建祥[3]，基于触摸屏PLC一体机设计了潮汐模拟发电装置，外观简洁，有科技感，并且触摸屏的操作十分直观、方便，减少了人工工作量。综上可以发现，该技术在众多领域运用已经非常成熟，并且取得了较好的使用效果，也积累了大量宝贵的经验，不过该种方法在空压机组的应用上目前处于空白状态。
当前，制造业中生产设备的使用几乎都需要利用压缩空气进行驱动，压缩空气是除了电源之外的被公认为第二大的动力能源[4]，且目前大部分企业都会配置多台空压机，其独立控制和运行产生了大量的运营成本浪费，所以，设计一套空压机组控制系统具有重要的现实意义。同时，该项设计研究，可以为未来类似空压机组的控制改善提供实际经验和案例。
1 设计背景和需求
A公司是一家专业从事五金零配件研发、生产、销售和服务的制造型企业，参与制订了行业标准并作为行业表率，发展势头和前景良好，但因同行企业数量众多，市场竞争非常激烈，成本优势成为未来企业立足行业发展的重要因素。在A公司的年度成本分析中，3台空压机用电成本占总用电成本的20%。降低空压机用电成本可以有效降低营运成本，提升企业产品成本优势，让企业获得更好的发展。
本次设计是针对3台单独的空压机，白天是正常生产时间，所以开启的数量是2台，晚上因为只有一小部分人加班，所以开启的数量是1台。设计时，3台中任意2台可以开启组合，使其组成1个空压机组，有单独的统一控制方式，以此达到分时段控制空压机启动的数量、合理供气、減少设备使用成本的目的。在设计时，需要同时考虑现场管道的长度、直径、流程，空压机房和管道的布局走向尺寸，未来控制系统和设备的操作可行性等一系列问题。
本文研究的是基于触摸屏PLC一体机的空压机组控制系统的问题，故仅针对触摸屏PLC一体机部分做扩展设计说明。空压机组控制的设计使用触摸屏PLC一体机作为系统主要的载体，是整个系统的核心和关键所在，在对比功能需求和使用成本后，本次研究项目选择中达优控A型5寸24MR-FX型号的触摸屏PLC一体机来进行系统控制。下文将对设计要点进行详细说明。
2 设计要点
2.1 系统硬件设计
本文设计的空压机组控制系统由中达优控触摸屏PLC一体机A型5寸24MR-FX、台湾明纬开关电源LRS-100-24、IFM易福门压力传感器PN7000、正泰继电器JZX-22F（D）/
3Z、坤雄牌电动球阀DN65等部分组成，空压机组控制系统结构图和硬件结构图如图1、图2所示。
PLC梯形图编写后通过数据线连接，实现与一体机的数据传送互联。触摸屏PLC一体机的开关量输入为电动阀信号、急停开关和压力传感器;继电器输出信号控制电动阀和各台空压机的开关。GX Developer为三菱PLC的编程软件[5]，具有程序开发、维护、参数设定、在线监控、诊断等功能。要安装这个软件，先要打开GX编程软件MELSOFT＼
Enamel里的环境包，打开GX Developer里的SETUP.EXE安装文件，开始安装，中间会要求输入ID序列号，安装时关闭杀毒软件，完成后再打开。安装完成后打开编程软件进行梯形图编写与测试，输入/输出端口分配如表1、表2所示。
2.2 系统软件设计
本文设计的控制系统主要分为两层，第一层是控制层，包括上传好程序的触摸屏;第二层是现场层，现场层主要包含压力传感器和电动阀控制的空压机组，根据程序设定的规则进行管道开关的切换和空压机启停控制。
YK Builder是一款触摸屏编程软件，使用这款软件能够快速进行编辑，并且这款软件支持按钮以及流动块的添加，操作方法十分简单。
YK Builder提供了强大的编程功能：可以帮助用户进行触摸屏设计，可以对控制设备建立通信方案，可以将设备的全部控制内容输入到编辑，支持将逻辑控制设备的系统放到软件上编程，支持功能按钮、流动块、图片显示，可以选择GIF动画、动态圆、动态矩形等形状。其编程方式非常简单，软件将需要的控件排列出来，例如可以在触摸屏选择图片移动、消息显示、XY趋势图等，也支持在软件上编辑仪表、多功能键、历史报警等功能。
触摸屏HMI编程软件使用全中文编辑软件You Kong_
Soft V3.0，编辑方便简单，支持撤销、重做、鼠标框选、跨各类工程的复制和粘贴;程序空间共计16 000步，不用电池记忆，无须维护;支持字体选择功能，寄存器数字、文本汉字显示都可自由选择字体;指示灯ON/OFF图画可以更换成任意图画;支持多种格式图画文件，动态图画功能可实现256幅图画切换显示等等。本次设计过程中，主页界面布置了自动控制、手动控制、检修控制和参数设定界面。 （1）自动控制界面功能：开始和结束系统自动运行。在触摸屏上设置了自动启动的按钮，启动后，空压机组根据设定好的程序，按照时间段的要求，自动按序号开启空压机，在时间变化后，实施自动切换。自动控制为系统正常使用时的运行状态。
（2）手动控制界面功能：手动调试或测试时使用，或者在特殊状态下使用，同样可以保证系统正常运行。按照程序编写3台设备联动情况，分为6种：1）开1#，关2#、3#;2）开1#、2#，关3#;3）开1#、3#，关2#;4）开2#，关1#、3#;5）开2#、3#，关1#;6）开3#，关1#、2#。通过点击电磁阀图标进行启停控制，启动标注为绿色，停止标注为红色。
（3）检修控制界面功能：检修情况下或维修单个元件时维修人员测试所用，其目的是提高维修操作便捷性，降低维修的可区分度和难度。
（4）参数设定界面功能：将可能使用到的参数整理置于一页上，方便使用和维护时进行调整，包括时间参数、压力参数、地址参数等等。
本控制系统设计的触摸屏显示页面、手动控制页面如图3和图4所示。
2.3 PLC程序设计
空压机组PLC软元件设置参数如表3所示，程序部分梯形图如图5至图11所示。
3 结语
本文详细分析介绍了基于触摸屏PLC一体机的空压机控制系统設计，以中达优控触摸屏PLC一体机为主体，列出了详细的触摸屏界面设计过程和PLC程序，并结合A公司空压机使用管理过程中遇到的问题，通过设计解决了显示问题。该项研究具有丰富的理论意义和现实价值。整个控制系统在设计完成后，经过一年多时间的使用观察，运行稳定性好，切换准确，可靠性高，从实际使用结果来看，符合设计目标要求。同时，本次控制系统的设计可能会为未来触摸屏PLC一体机在制造型企业中的更多应用提供参考。
本次设计的不足之处在于仅针对某种品牌的空压机和单类型的触摸屏PLC一体机，对于后来者提供研究、设计参考的范围有限。在未来的研究中，将继续深入开展普遍意义的系统设计，为制造型企业设备管理、技术发展、成本降低等应用提供更多的思路和案例。
[参考文献]
[1] 彭亚楠，张武，谢映，等.触摸屏PLC一体机在太阳能热水控制系统中的应用[J].机电技术，2015（3）：65-67.
[2] 陈冠强，洪亮，杨香全，等.基于触摸屏PLC一体机的发电机主备蓄电池智能测评及转换装置[J].视听，2015（4）：41-42.
[3] 何建祥.基于触摸屏PLC的潮汐模拟发电装置的设计与实现[J].新型工业化，2020，10（6）：8-10.
[4] 陶勋，陶闻翰.先进压缩空气储能系统[J].低碳世界，2017（6）：72-73.
[5] 李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制应用技术[M].北京：电子工业出版社，2014.
收稿日期：2021-04-12
作者简介：王雄（1991—），男，江苏盐城人，电气工程师，研究方向：自动化。
关键词：空压机组;控制系统;触摸屏PLC一体机
0 引言
触摸屏PLC一体机作为工业自动化领域的三大支柱之一，具有编程调试方便、稳定可靠的优点，其在工业领域的应用越来越广泛。福建农林大学的彭亚楠等人[1]，运用触摸屏PLC一体机设计的太阳能热水控制系统，其运行稳定，操作方便明了，能很好地满足使用者的要求，同时具有良好的经济效益。广西广播电视技术中心北海分中心的陈冠强等人[2]，基于触摸屏PLC一体机设计了发电机主备蓄电池智能测评及转换装置，该系统在运行的一年多时间中，操作方便，工作稳定可靠，能避免蓄电池故障导致发电机不能正常启动的问题，确保了广播电视安全播出。天津农学院的何建祥[3]，基于触摸屏PLC一体机设计了潮汐模拟发电装置，外观简洁，有科技感，并且触摸屏的操作十分直观、方便，减少了人工工作量。综上可以发现，该技术在众多领域运用已经非常成熟，并且取得了较好的使用效果，也积累了大量宝贵的经验，不过该种方法在空压机组的应用上目前处于空白状态。
当前，制造业中生产设备的使用几乎都需要利用压缩空气进行驱动，压缩空气是除了电源之外的被公认为第二大的动力能源[4]，且目前大部分企业都会配置多台空压机，其独立控制和运行产生了大量的运营成本浪费，所以，设计一套空压机组控制系统具有重要的现实意义。同时，该项设计研究，可以为未来类似空压机组的控制改善提供实际经验和案例。
1 设计背景和需求
A公司是一家专业从事五金零配件研发、生产、销售和服务的制造型企业，参与制订了行业标准并作为行业表率，发展势头和前景良好，但因同行企业数量众多，市场竞争非常激烈，成本优势成为未来企业立足行业发展的重要因素。在A公司的年度成本分析中，3台空压机用电成本占总用电成本的20%。降低空压机用电成本可以有效降低营运成本，提升企业产品成本优势，让企业获得更好的发展。
本次设计是针对3台单独的空压机，白天是正常生产时间，所以开启的数量是2台，晚上因为只有一小部分人加班，所以开启的数量是1台。设计时，3台中任意2台可以开启组合，使其组成1个空压机组，有单独的统一控制方式，以此达到分时段控制空压机启动的数量、合理供气、減少设备使用成本的目的。在设计时，需要同时考虑现场管道的长度、直径、流程，空压机房和管道的布局走向尺寸，未来控制系统和设备的操作可行性等一系列问题。
本文研究的是基于触摸屏PLC一体机的空压机组控制系统的问题，故仅针对触摸屏PLC一体机部分做扩展设计说明。空压机组控制的设计使用触摸屏PLC一体机作为系统主要的载体，是整个系统的核心和关键所在，在对比功能需求和使用成本后，本次研究项目选择中达优控A型5寸24MR-FX型号的触摸屏PLC一体机来进行系统控制。下文将对设计要点进行详细说明。
2 设计要点
2.1 系统硬件设计
本文设计的空压机组控制系统由中达优控触摸屏PLC一体机A型5寸24MR-FX、台湾明纬开关电源LRS-100-24、IFM易福门压力传感器PN7000、正泰继电器JZX-22F（D）/
3Z、坤雄牌电动球阀DN65等部分组成，空压机组控制系统结构图和硬件结构图如图1、图2所示。
PLC梯形图编写后通过数据线连接，实现与一体机的数据传送互联。触摸屏PLC一体机的开关量输入为电动阀信号、急停开关和压力传感器;继电器输出信号控制电动阀和各台空压机的开关。GX Developer为三菱PLC的编程软件[5]，具有程序开发、维护、参数设定、在线监控、诊断等功能。要安装这个软件，先要打开GX编程软件MELSOFT＼
Enamel里的环境包，打开GX Developer里的SETUP.EXE安装文件，开始安装，中间会要求输入ID序列号，安装时关闭杀毒软件，完成后再打开。安装完成后打开编程软件进行梯形图编写与测试，输入/输出端口分配如表1、表2所示。
2.2 系统软件设计
本文设计的控制系统主要分为两层，第一层是控制层，包括上传好程序的触摸屏;第二层是现场层，现场层主要包含压力传感器和电动阀控制的空压机组，根据程序设定的规则进行管道开关的切换和空压机启停控制。
YK Builder是一款触摸屏编程软件，使用这款软件能够快速进行编辑，并且这款软件支持按钮以及流动块的添加，操作方法十分简单。
YK Builder提供了强大的编程功能：可以帮助用户进行触摸屏设计，可以对控制设备建立通信方案，可以将设备的全部控制内容输入到编辑，支持将逻辑控制设备的系统放到软件上编程，支持功能按钮、流动块、图片显示，可以选择GIF动画、动态圆、动态矩形等形状。其编程方式非常简单，软件将需要的控件排列出来，例如可以在触摸屏选择图片移动、消息显示、XY趋势图等，也支持在软件上编辑仪表、多功能键、历史报警等功能。
触摸屏HMI编程软件使用全中文编辑软件You Kong_
Soft V3.0，编辑方便简单，支持撤销、重做、鼠标框选、跨各类工程的复制和粘贴;程序空间共计16 000步，不用电池记忆，无须维护;支持字体选择功能，寄存器数字、文本汉字显示都可自由选择字体;指示灯ON/OFF图画可以更换成任意图画;支持多种格式图画文件，动态图画功能可实现256幅图画切换显示等等。本次设计过程中，主页界面布置了自动控制、手动控制、检修控制和参数设定界面。 （1）自动控制界面功能：开始和结束系统自动运行。在触摸屏上设置了自动启动的按钮，启动后，空压机组根据设定好的程序，按照时间段的要求，自动按序号开启空压机，在时间变化后，实施自动切换。自动控制为系统正常使用时的运行状态。
（2）手动控制界面功能：手动调试或测试时使用，或者在特殊状态下使用，同样可以保证系统正常运行。按照程序编写3台设备联动情况，分为6种：1）开1#，关2#、3#;2）开1#、2#，关3#;3）开1#、3#，关2#;4）开2#，关1#、3#;5）开2#、3#，关1#;6）开3#，关1#、2#。通过点击电磁阀图标进行启停控制，启动标注为绿色，停止标注为红色。
（3）检修控制界面功能：检修情况下或维修单个元件时维修人员测试所用，其目的是提高维修操作便捷性，降低维修的可区分度和难度。
（4）参数设定界面功能：将可能使用到的参数整理置于一页上，方便使用和维护时进行调整，包括时间参数、压力参数、地址参数等等。
本控制系统设计的触摸屏显示页面、手动控制页面如图3和图4所示。
2.3 PLC程序设计
空压机组PLC软元件设置参数如表3所示，程序部分梯形图如图5至图11所示。
3 结语
本文详细分析介绍了基于触摸屏PLC一体机的空压机控制系统設计，以中达优控触摸屏PLC一体机为主体，列出了详细的触摸屏界面设计过程和PLC程序，并结合A公司空压机使用管理过程中遇到的问题，通过设计解决了显示问题。该项研究具有丰富的理论意义和现实价值。整个控制系统在设计完成后，经过一年多时间的使用观察，运行稳定性好，切换准确，可靠性高，从实际使用结果来看，符合设计目标要求。同时，本次控制系统的设计可能会为未来触摸屏PLC一体机在制造型企业中的更多应用提供参考。
本次设计的不足之处在于仅针对某种品牌的空压机和单类型的触摸屏PLC一体机，对于后来者提供研究、设计参考的范围有限。在未来的研究中，将继续深入开展普遍意义的系统设计，为制造型企业设备管理、技术发展、成本降低等应用提供更多的思路和案例。
[参考文献]
[1] 彭亚楠，张武，谢映，等.触摸屏PLC一体机在太阳能热水控制系统中的应用[J].机电技术，2015（3）：65-67.
[2] 陈冠强，洪亮，杨香全，等.基于触摸屏PLC一体机的发电机主备蓄电池智能测评及转换装置[J].视听，2015（4）：41-42.
[3] 何建祥.基于触摸屏PLC的潮汐模拟发电装置的设计与实现[J].新型工业化，2020，10（6）：8-10.
[4] 陶勋，陶闻翰.先进压缩空气储能系统[J].低碳世界，2017（6）：72-73.
[5] 李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制应用技术[M].北京：电子工业出版社，2014.
收稿日期：2021-04-12
作者简介：王雄（1991—），男，江苏盐城人，电气工程师，研究方向：自动化。