可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的一种新型、通用的自动控制装置。具有体积小、结构简单、性能优越、可靠性强、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。YDL-1A断料机是断料专用机床，其电气控制系统采用日本三菱公司FXon-40M可编程控制器作为控制主机。
1 工艺流程简介
全程工艺流程分三个阶段进行：
2 控制系统设计
2.1 生产工艺要求
该断料机电气控制系统设有自动和手动两种工作方式。在自动工作状态下，由PLC输出端口驱动中间继电器，再由中间继电器驱动液压电磁阀工作，实现对机械动作的控制。在手动工作状态下，PLC输出端口被禁止，机床工作通过手动操作各相应作按钮，驱动中间继电器，进而驱动液压电磁阀。为防止在自动工作状态下，按动手动操作按钮而发生机械冲突，电路必须保证在自动工作程序启动运行时，确保任何手动操作无效。其电气控制还需满足以下要求：
（1）拔销冲断时，Ⅰ夹头、Ⅱ夹头必须释放。
（2）送料时，Ⅱ夹头必须释放且拔销操作无效。
（3）辅助送料时，Ⅰ、Ⅱ夹头必须释放。
（4）Ⅰ夹头未夹紧，送料操作无效。
（5）Ⅱ夹头未夹紧，切槽操作无效。
（6）拔销冲断时，辅助送料必须停止，反之拔销操作无效。
（7）拔销冲断时，辅助定位必须复位，反之拔销操作无效。
（8）冲头尚未预紧，辅助压紧尚未压紧，拔销操作无效。
2.2系统结构框图
电机拖动电源和电磁阀电源由接触器控制通断，液压泵电机M1、飞轮电机M2、切槽电机M3、辅助送料滚轮拖动电机M4均可单独启动、停止，但液压电机尚未启动时，其它电机的启动操作无效。其系统结构框图如下图1所示。
图1 系统结构框图
2.3 状态转换流程图
为防止在自动工作状态与手动操作发生机械冲突，电路必须保证在自动工作程序启动运行时，确保任何手动操作无效，因此，本设计采用了步序指令。例如：在夹持输出Y1置位后，保持夹持，直到夹持输出复位才能松开，这种顺序控制过程，使用继电器符号程序是很难设计的，但使用状态器和步序指令就十分容易，程序简单，系统可靠。如图2所示状态转换图中，在按下启动按钮时，工作状态由S0转换为S1，此后随着机器工作的进展，依次进行转换。在依次操作期间，即使误按了启动按钮，由于步序指令控制的特点，也不可能作另一次启动，因为此时S0已处于不工作状态。
图2 状态转换流程图
3 几个关键技术的设计与实现
3.1 工作状态选择设计
本系统采用手动/自动两种工作方式。该工程由于选用了SRN型波段开关，手动/自动工作状态的选择及自动工作方式的选择，由PLC输入端口X0、X1、X2状态的不同组合选定。如下表1所示。
表1
如下图3操作面板所示，按动X3，启动自动工作状态，具体工艺由波段开关K设置。在手动状态时，按动复位按钮X4,机械自动向原点回归。编程状态只需控制PLC“RUN”端即可。
图3 操作面板示意图
3.2 PLC的I/O分配及接线
为确保断料机工作的可靠性，选用无触点的接近开关和光电开关作为输入控制信号;以电磁阀及指示灯作为输出控制。FXon系列PLC输入端口接入接近开关或光电开关等无触点开关时，必须使用NPN集电极开路型的开关器件，故决定选用直流二线型接近开关，将无触点开关信号转换为有触点信号，因为本断料机对开关信号的响应速度要求不高。其中Ⅰ夹头退回原位检测、Ⅰ夹头送料限位、冲头复位检测、切槽限位及辅助送料限位采用接近开关，而Ⅱ夹头脱料检测及料头进入冲断区检测采用光电开关。PLC的I/O分配及接线如下图4所示。
图4 PLC的接线图
3.3 状态转换的启动与禁止
在自动操作（如连续工作，步进工作，单周工作）期间，按下启动按钮X3时，特殊辅助继电器M8041工作，一直保持到按下停机按钮X5。在按下停机按钮X5，或手动操作，或步进操作时，激励特殊辅助继电器M8040，则状态转换器的自动转换就被禁止，实现停机自保。在PC机启动时，用初始化脉冲M8002使M8040自保持，以禁止状态转换，直到按下启动按钮。如下图5所示。
图5
4 结束语
在断料机中使用可编程控制器，抗干扰能力强，可提高控制精度，使系统更可靠，延长了控制系统的使用寿命。使用步序指令，顺序控制程序可随工艺流程很容易改变，大大提高了工作效率和生产效益，易于与计算机接口，可大大提高断料机的自动化程度。可编程序控制器安装、调试、使用及维修都很方便，具有一定电气知识的人员只需经过短期培训，即可胜任操作及简单的维护工作，具有推广应用的价值。西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8诚信经营
1、引言
矿井提升机是煤炭生产过程中大型关键设备，素有“矿山咽喉”之称。新版煤炭安全规程提出了提升机双线控制的要求。现阶段提升机的电控系统大都采用可编程序控制器（PLC）作为控制系统的核心。由于PLC功能完备、组合灵活、编程方便，同时稳定可靠，因而受到广泛欢迎并得以普遍应用。但在实际应用中单依靠PLC的人机对话方式显得较为单一，只利用拨码开关或手持编程器进行工艺参数及数据的设定，很难完成工控流程的实时控制和显示，给操作者带来不便。为解决这一矛盾，我们选用当今世界流行的先进人机对话设备—触摸屏作为新型的人机对话接口。实践证明，利用这种典型的人机界面，不仅可以替代传统的控制面板和键盘操作，而且它与PLC结合可以方便地修改控制参数及实时显示数据，并能以动画及曲线的方式描绘自动控制过程，拓展了PLC的功能应用。
本文以无锡光洋（KOYO）公司的GC系列触摸屏在PLC双线控制系统中的应用，对触摸屏的人机对话方式进行讨论。
2、系统的工作过程及硬件构成
本系统选用无锡光洋（KOYO）公司的产品，主控选用SM-24R型PLC，用TRK-J1000型旋转编码器发出的脉冲信号作为主控输入，以GC-53LC2型触摸屏实现人机交互界面。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
图2 触摸屏与PLC的接线图
安装于提升机滚筒轴端的TRD-J1000型旋转编码器将提升容器的行程转化为脉冲信号送入PLC的高速计数模块，PLC对脉冲处理后，用于实时监测提升容器在井筒中的行程及速度，并根据需要对提升容器进行行程控制和速度保护。用专用电缆把PLC和GC连接起来（连接图如图2），GC就可以实时地显示提升容器在井筒中的运行情况，包括运行速度和行程，也可以显示提升容器的速度曲线图。
3、触摸屏界面设计
GC触摸屏的界面编辑软件SCREEN CREATOR 5 ，提供了多种部品、控件和图形库文件，可组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录，也可以设计动态画面来模拟控制过程，从而满足监控要求。软件还可以为操作人员设定操作密码，对一些重要参数的修改设定访问权限，从而保证系统和生产的安全。触摸屏界面的设计包括创建画面和信息，并将它们与PLC程序相连。
具体可概括为以下三个步骤：
（1）界面的整体规划
在充分了解工控过程的基础上，对本系统的触摸屏界面作一个整体规划。界面图如图3所示。①在主画面（也是系统的默认画面）上进行总界面设计，通过触摸按钮可分别切换到运行画面和调试画面;②根据不同需要，运行画面的设计可以以动画的形式监控提升容器（本系统中是罐笼），也可以以曲线的形式显示提升容器的速度，在这两个画面下提升容器的速度和提升容器在井筒中的位置都以数字的形式实时地显示出来;③现场要求调试时有两种情况，模拟运行调试和故障低速调试。模拟运行调试用来检测各保护点的位置是否合理，而故障低速调试是在系统出现故障时低速运行来检查并排除故障，或是某些特殊情况（如运送炸药等），本身就需要低速运行;④本系统中的各保护点（如上、下减速点，上、下过卷值等）需要在实践中不断地修改，因此在调试画面中增加了参数设置画面。而这些参数又关系到一线的生产、生命安全问题，不能随便更改，因此我们在进入参数修改画面时设置了密码画面，只有输入正确的密码后才能修改参数，增加了系统的安全可靠性。
图3 触摸屏画面切换示意图
（2）设定变量
变量在触摸屏的部品、控件（输入/输出区域、指示灯等）与PLC的相应I/O接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感部件对PLC的控制及参数的输入、PLC当前过程值及报警信号向触摸屏的输出。设置后的部分变量如表1：
表1 变量设定表
（3）具体画面的制作及显示
① 数据的设定和显示
在参数需要实时修改的情况下，传统上都是借助手持编程器来将数据写到PLC的寄存器中，给操作人员带来一定的不便。利用触摸屏，直接触摸要修改的数据可以弹出一个小数字键盘，这样就可以方便地修改数据并保存到PLC的寄存器中。其界面如图4A所示，当触摸“上过卷值”时，会弹出如图4B中所示的小数字键盘，用数字键盘可以很方便地修改上过卷值。
图4 修改数据界面图
另外，本系统中提升容器的速度值和位置需要实时显示。传统上用数码管显示，不但不直观，还易使操作者产生视疲劳。而利用触摸屏，只要把相应的PLC数据寄存器号写入“显示部品”的属性框中，触摸屏就可以按扫描周期实时显示，效果柔和，降低了视疲劳，辅以动画直观显示，大大降低了工人的劳动强度。
② 报警及故障画面的显示
提升机控制系统中，在提升容器减速时要提醒操作者，而超速时要报警以便操作者及时限速。类似于这种需要提醒或报警的情况很多，这就要求控制系统尽可能多地指出故障或报警点，我们将能够预想到的大量的故障和报警画面储存在报警菜单中。若遇到提升机异常，触摸屏能迅速地调出与之对应的故障内容并显示在触摸屏上，便于维修人员发现故障类型，及时排除故障。
图5 报警界面图
报警画面如图5所示，从速度图显示画面上弹出的报警窗口中可以看出，报警产生的原因是提升机（即绞车）速度超限。操作者可根据提示来排除故障。
4、K-basic编程功能
GC系列触摸屏的画面编辑软件SCREEN CREATOR 5 提供了K-basic程序语言。当你用手指触摸屏幕的时候，你希望某部品显示数值、字符、或使某个开关动作时，你需要使用K-basic语言编制程序。SCREEN CREATOR 5软件自带了一个部品库，把常用的部品如开关、指示灯、数据显示器、按钮等放到部品库里。我们选用部品库里的部品是不需要自己编写K-basic程序的，SCREEN CREATOR 5 软件自带了它们的K-basic控制程序，我们只需设置这些部品的属性就可以使用它们了。可是，对于现场所需要的一些特殊部品（如本系统中的提升容器—罐笼），部品库里往往是没有的，这时我们就得制作这些部品，并用K-basic语言编制它们的控制程序，以实现现场控制的要求。使用K-basic语言可以方便地编写动画显示的控制程序。以下是本系统中的一个动画画面（图6）以及用K-basic语言编制的部分控制程序。
图6 罐笼显示图
declare BcdBinConvert%（mode%,data%）
init
local type%,id@,data%
static now_data%
static timeid@
flag%=0
cyclic [局号]～[寄存器号]
cyclic [局号]～[连接设备名称]
end init
conf
end conf
evnt
bbbbb type%,id@,data%
now_data% = BcdBinConvert%（[BIN:1,signed BIN:2,BCD:3],data%）
if type%=16 and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=0 then
open .yx00.,0
close .yx01.
close .yx02.
close .yx03.
close .yx04.
close .yx05.
close .yx06.
else if type%=16 and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=1 then
open .yx01.,0
timeid@ = opentim（）
settim timeid@,1,0
starttim timeid@
close .yx00.
close .yx02.
close .yx03.
close .yx04.
close .yx05.
close .yx06.
stoptim timeid@
closetim timeid@
else if type%=16 and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=2 then
open .yx02.,0
timeid@ = opentim（）
settim timeid@,1,0
starttim timeid@
close .yx00.
close .yx01.
close .yx03.
close .yx04.
close .yx05.
close .yx06.
stoptim timeid@
closetim timeid@
end if
end evnt
5、结束语
触摸屏在可编程序控制器（PLC）控制系统中的应用，不但简化了现场操作，而且提高了控制程序和人机交互界面的灵活性。通过屏幕完成功能操作，改变程序就可以进行触摸键的添加及功能扩展，克服了以往加一个开关就要破坏整个控制面板格局的窘境，使控制变得更加灵活。同时设计者可以各显其能，充分利用触摸屏的软件资源，自由设计动画界面以更贴实际地模拟现场操作。使之真正成为现代化矿井提升系统中的一个亮点。该控制系统已成功应用于新汶矿业集团孙村煤矿的立井提升系统中，得到了现场操作者的认可和好评。
