觸摸屏和PLC在中央集塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

張亞輝

（珠海中京電子電路有限公司，廣東 珠海 519100）

1 問題的提出

本公司是手機電路板生產(chǎn)企業(yè)，在鉆孔、銑板及激光加工中會產(chǎn)生大量粉塵。之前每臺機床配備一個獨立的吸塵機，但是噪音大，集塵效果差，生產(chǎn)環(huán)境惡劣。為了改善生產(chǎn)環(huán)境，消除安全隱患，公司決定改造為中央集塵系統(tǒng)。本人作為設(shè)備部的主管工程師，參與了整個改造過程。工程改造完成后，能耗下降，整個車間干凈明亮，生產(chǎn)環(huán)境大為改善。其中主要應(yīng)用了三菱PLC（編程邏輯控制器），觸摸屏和變頻器。

2 工作原理

2.1 改造前電氣控制圖

圖1所示是原先中央集塵系統(tǒng)的繼電器——接觸器的電氣控制圖。

圖1 電氣控制圖

2.2 電路的工作原理

星形——三角形降壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機啟動時將定子繞組接成星形，實現(xiàn)降壓起動。正常運轉(zhuǎn)時再換接成三角形接法。圖中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星形，即KM、KMY主觸點閉合時，繞組接成星形；KM、KMΔ主觸點閉合時，接為三角形。

2.3 電路的工作過程

合上隔離開關(guān)QS；按下啟動按鈕SB2、KT、KMY、KM線圈同時得電，KM常開輔助觸點閉合，自鎖；KMY常閉輔助觸點斷開，對KMΔ互鎖；KMY，KM主觸點同時閉合，電動機M做星型降壓起動；同時，KT延時繼電器得電計時，計時結(jié)束，KT延時斷開觸點斷開，KMY線圈失電，KMY常閉輔助觸點復(fù)位閉合，為KMΔ通電做準(zhǔn)備；KMY主觸點斷開，電動機M解除星形連接，暫時失電；KT延時閉合觸點閉合，KMΔ線圈得電；KMΔ常閉輔助觸點斷開，對KMY線圈互鎖；KMΔ主觸點閉合，電動機M作三角形連接，轉(zhuǎn)入全壓運行。停機：按下停止開關(guān) SB1、KMΔ、KM、KT線圈同時失電，KMΔ、KM、KT輔助觸點復(fù)位，KMΔ和KM主觸點斷開，電動機M解除三角形連接，切斷電源，停止運行。

2.4 其不利之處

這種傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)每一臺設(shè)備都接了一臺電動機，成本高、能耗大、電機容易壞，維修耗時耗力。

3 問題的解決

3.1 創(chuàng)新方案

本方案只使用一臺45 kW三相異步電動機，由變頻器控制，PLC根據(jù)接收投入工作的設(shè)備臺數(shù)進行判斷，再根據(jù)判斷輸出點的組合來控制變頻器的頻率，從而實現(xiàn)對電動機的多段速控制。圖2所示是新方案流程圖。

圖2 方案流程圖

目前車間共有7臺需要吸塵的設(shè)備。表1所列是投入運行設(shè)備臺數(shù)與變頻器輸出頻率的關(guān)系。

表1 臺數(shù)頻率關(guān)系表

新方案的優(yōu)點在于成本低，啟動次數(shù)少，設(shè)備運行可靠性高，維護容易，節(jié)省電能，電動機與生產(chǎn)車間隔離，粉塵少，噪音低，觸摸屏放在車間，操作直觀。

3.2 方案實施

元器件的選型，如表2所列。新方案中PLC輸入2點，輸出12點，F(xiàn)X3U-32MR有16點輸入16點輸出，滿足要求。斷路器的額定電流為電機額定電流的2倍。變頻器選用最大功率為55 kW，滿足電動機的運轉(zhuǎn)要求，變頻器本身對電機有過載保護作用,而變頻器出現(xiàn)故障過流時，斷路器自動切斷電源，也對變頻器和電機起保護作用。

表2 元件型號表

3.3 觸摸屏的設(shè)置

圖3和表3為觸摸屏的圖形界面以及設(shè)置。編程設(shè)計軟件GT Designer3。

圖3 圖形界面圖

表3 圖形設(shè)置表

3.4 變頻器的設(shè)置

接下來需要對變頻器進行參數(shù)設(shè)置和接線分配。根據(jù)多段速控制的需要和吸塵機運行的特點，注意變頻器參數(shù)設(shè)定如表4所列。

表4 變頻器參數(shù)設(shè)定表

變頻器通過多段速端子RL、RM、RH三個端子的組合，可以實現(xiàn)7段速調(diào)速控制。表5所示是變頻器端子與PLC輸出端的對應(yīng)關(guān)系。

表5 變頻器端子與PLC輸出端對應(yīng)關(guān)系表

3.5 PLC程序的編寫

3.5.1 PLC的I/O接線圖

380 V三相電源經(jīng)過斷路器QF，再接到變頻器輸入端子RST，斷路器能手動切斷電源，在電流過大時也能自動斷開，對變頻器起到保護作用。圖3所示是PLC的I/O線圖。

3.5.2 PLC的I/O分配表

PLC的I/O分配表見表6所示。

圖4 PLC I/O線圖

表6 PLC I/O分配表

3.5.3 PLC梯形圖

（1）啟動停止程序。觸摸屏位開關(guān)M0設(shè)置為位反轉(zhuǎn)，按下時打開輸出正轉(zhuǎn)信號，再按就復(fù)位。X0為啟動按鈕SB1，X1為停止按鈕SB2。圖5為啟動停止程序圖。

圖5 啟動停業(yè)程序梯形圖

（2）設(shè)備上升沿信號檢測程序。（D0為機臺開啟數(shù)，打開的相加）M1～M7為GOT里1-7號機的按鈕開關(guān)，圖6所示是升沿信號檢測程序圖。

圖6 檢測程序圖

（3）設(shè)備下降沿信號檢測程序。（D0為機臺開啟數(shù)，關(guān)閉的相減），圖7是設(shè)備下降沿信號檢測程序圖。

圖7 檢測程序圖

（4）比較程序。M11～M17為總開機數(shù)為1-7時的狀況，D1為變頻器運行頻率數(shù)，D0為機臺開啟數(shù)，D0和D1將機臺開啟數(shù)和運行頻率傳到觸摸屏顯示出來。D1的數(shù)值要與實際設(shè)定的變頻器頻率值一致。圖8所示是比較程序圖。

圖8 比較程序圖

（5）變頻器七段調(diào)速程序。根據(jù)開啟不同生產(chǎn)設(shè)備的臺數(shù),使變頻器輸出不同頻率，電動機運行在不同的段速，產(chǎn)生不同的吸塵量，以供生產(chǎn)設(shè)備正常使用，頻率可以根據(jù)車間情況更改和設(shè)定，經(jīng)過實測，目前使用的頻率，能夠滿足生產(chǎn)需求。根據(jù)表7所列，還可以組合輸出，表8所列為組合輸出列表。

表7 七段調(diào)速列表

表8 組合輸出表

3.5.3.6 電磁閥輸出程序

M2～M8分別為每臺機在觸摸屏中的啟停按鈕，同時控制電磁閥輸出，推動氣缸打開風(fēng)口，并將輸出傳送到觸摸屏界面的指示燈，顯示出來。圖9所示為電磁閥輸出程序梯形圖。

圖9 電磁閥輸出程序圖

3.6 改造后的節(jié)能效果分析

3.6.1 實測能耗

當(dāng)變頻器在50 Hz和42 Hz運行時在變頻器輸出側(cè)實測數(shù)據(jù)：42 Hz時電流為45 A，電壓250 V；50 Hz時電流為58 A，電壓為370 V。

則 P1=1.732×370 V×45 A=28.8 kW

P2=1.732×370 V×58 A=37.2 kW

注：改造后每個小時能耗仍可節(jié)約8.4 kW。

3.6.2 節(jié)能效果計算

按每天工作24 h，每年工作360天計，改造前每年消耗的電能：

W1=37.2×24×360=321400 kW/h

改造后每年消耗的電能：

W2=28.8×24×360=248830 kW/h

則每年節(jié)約電能：

W=W1－W2=72570 kW/h

如果以2015年珠海市工業(yè)用電每度電0.93元計算，則節(jié)約經(jīng)濟效益見表9數(shù)據(jù)。

表9 經(jīng)濟效益表

4 結(jié)束語

通過對觸摸屏和PLC控制器的功能和應(yīng)用，說明了現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)的進程，觸摸屏和PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的主導(dǎo)作用，隨著PLC與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷聯(lián)系和應(yīng)用，其在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域必將獲得更廣闊的發(fā)展空間。為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的自動化和節(jié)能控制提供強有力的技術(shù)支持。

致謝：本文在撰寫過程中得到了各位同事和朋友的支持，向他們表示由衷的謝意！