Pro-face觸摸屏與PLC通訊在凈水系統中應用實例

前言
我們在該實例中用到的觸摸屏為GP37W2-BG41-24V ( 5.7 英寸，單色藍白LCD ) ；PLC采用臺灣 Fatek 公司 FB 系列 PLC 的一款，其型號為 FBe-28MC ( 28點，16 點IN / 12 點OUT ) 。
1、工藝流程
凈水系統，由于其組成設備多，水的各種指標嚴格，如純度、PH值、電導率等。HMI與PLC通訊引用在凈水系統，很好的滿足了工藝要求，改變了傳統復雜的按鈕控制方式。如下圖示，凈水系統的流程框圖如下。

該凈水系統用到了許多水泵和閥門控制，當然還有許多傳感器和檢測器。這些檢測設備獲得的信號，通過電纜傳送到PLC，PLC再對信號進行處理。PLC通過通訊電纜，將信息傳送給HMI GP ，這樣在HMI（人機界面）上得到顯示，方便操作技術人員進行相應的操作。
由于各個水箱的供水設備都是水泵，那么我們需要注意，水泵這種特殊的設備，不適宜頻繁啟動，否則容易損壞，降低使用壽命，甚至直接損壞。所以，我們需要對這種頻繁啟動采取避免措施。鑒于傳感器只能對限位做出立即動作，即達到限位就有信號，保持通的狀態；低于限位就沒有信號，保持斷的狀態，電氣設備較難改變。我們采用了對PLC編程的方式，來消除水泵的頻繁啟動問題，這是很容易解決的。我們給每一的啟動-停止-再啟動，設定一個時間段，保持這樣的時間段，可以避免水泵的頻繁啟動。時間段的長短，可以根據工廠具體的需求來設定，這個在軟件上是很容易實現的。

一、凈水工藝控制要求
根據附圖Ⅰ，我們可以大概的了解凈水系統整個的系統控制要求和流程。對于一個工程，其詳細的現場工藝控制要求非常重要，它是PLC程序編寫的準則和現場調試的校驗標準。
凈水工藝控制要求：
⑴、原水箱通過外接設備供水，當原水箱液位檢測為低的時候，原水泵停止運行；當原水箱液位檢測為中的時候，原水泵運行；原水箱液位檢測為高的時候，外接設備停止供水。
⑵、原水泵與加絮凝劑供給泵聯動。
⑶、原水泵在開始運行的同時，濃水閥打開，開始排放濃水，2分鐘后，一級高壓泵自動啟動，濃水閥自動關閉，停止排放。
⑷、PSL1壓力差開關低壓時，5秒鐘后，一級高壓泵停止運行。PSL2壓力差開關高壓時，一級高壓泵立刻停止運行。
⑸、當原水泵停止運行的時候，一級高壓泵停止運行。
⑹、中間水箱液位檢測為高時，一級高壓泵停止運行；中間水箱液位檢測為中時，一級高壓泵啟動運行。
⑺、加阻垢劑計量泵與一級高壓泵聯動。
⑻、加NaOH計量泵與二級高壓泵聯動。
⑼、中間水箱液位檢測為中時，二級高壓泵啟動運行；中間水箱液位檢測為低時，二級高壓泵停止運行。
⑽、純水箱液位檢測為高時，二級高壓泵停止運行；純水箱液位檢測為中時，二級高壓泵啟動運行。
⑾、純水箱液位檢測為低時，純水泵停止運行；純水箱液位檢測為中時，純水泵啟動運行。
⑿、純水的電導率檢測高時，純水電磁閥門關閉，純水回流電磁閥門開啟；純水電導率檢測為低時，純水電磁閥門開啟，純水回流電磁閥門關閉。
⒀、純水泵與殺菌器聯動。
⒁、清洗泵為手動狀態運行。
⒂、系統有手動/自動兩種工作運行狀態。
⒃、停機控制為手動控制，當按下停機按鈕，系統在5秒后自動停止。
根據凈水系統工藝控制要求，我們編寫PLC程序，進行試驗室測試，然后安裝到凈水設備上，進行現場調試。（PLC 原程序參附程序Ⅰ）
二、PLC FBe-28MC I / O 點設置及中間存儲器、定時器設置
根據凈水系統工藝控制要求，針對PLC FBe-28MC 的主機電氣規格，我們對PLC的I / O 點進行設置，并且將用到的中間存儲器和定時器進行設置。
在下表中，給出了PLC的I / O點對應的控制電氣信號或設備；并對中間存儲器、定時器進行選擇設置。

PLC FBe-28MC I / O（表 三）

注：16 點的輸入，X 7, X 14, X 15沒有接輸入信號；Y 12沒有接輸出信號。

主要PLC FBe-28MC M、T（表 四）

三、GP37W2畫面程序編寫
Digital 公司GP系列可編程序觸摸屏的畫面設計及編成軟件，在購買產品的時候可以獲得。該軟件為GP-PRO/PB3 for Windows (支持Windows 98 / Me / 2000 / XP 系統)，目前最新的版本為 Version 7.01。（本文附件中包括了凈水系統的PLC程序）

在選擇系統組成后，我們需要對系統進行編程，這里講到的是對可編程序觸摸屏的編程。既然是用觸摸屏的觸摸方式來控制該凈水系統，我們需要做出畫面，并設置按鈕來，在手動控制環境下，按鈕對應控制PLC中的中間存儲器，從而達到控制PLC的目的。同樣，在自動運行環境下為了把系統的各個電氣設備的工作狀態顯示出來，以便現場控制技術人員采取對應的措施繼續控制，我們需要做出報警畫面，通過它來顯示系統各個電氣設備的工作狀態，許多個指示燈，它們是功過監視PLC對應信號來顯示的。
HMI 畫面的制作和GP程序的編寫，我們都可以用GP-PRO / PB3 for Windows軟件來完成，其具體的操作和相應的規則，可以參考書籍Pro-face 操作應用基礎、Pro-face 高級應用手冊和the Manual of GP-PRO / PB3 for Windows ，仔細學習一下，你就可以很輕松的完成HMI畫面的制作和GP程序的編寫。
根據項目規則及凈水系統工藝控制要求，并考慮調研得到的現場操作控制的需要，我們在對多套方案做出分析后，選擇了本套方案，它滿足控制的簡單化，并易于現場技術員的控制。畫面由五幅畫面組成：主畫面、控制選擇畫面、手動輸入控制畫面、自動控制狀態顯示畫面和控制流程圖畫面。它們彼此間可以切換，并可以返回上一級畫面，操作簡單，且可以滿足工廠現場控制需要。
如下圖示，我們舉出兩幅畫面例子，一幅為主畫面，另一幅為手動輸入控制畫面。

在這里簡要介紹一下畫面的工作，當按下主畫面時，我們進入控制選擇畫面，根據按鈕提示下，按下手動輸入按鈕，則進入手動輸入控制畫面。根據工藝過程需要，我們可以選擇不同的按鈕按下，則相應的設備自動啟動運行，按鈕也會呈反色狀態；若要其停止，則在相應按鈕再按一次，則其相應設備停止運行，按鈕也會恢復原色。

這種按按鈕來控制電氣設備，是通過控制PLC的中間存儲器來實現的，而其顏色的顯示則是通過監視PLC相應輸出信號的狀態實現的。如左圖示，在按下二級高壓泵按鈕時，彈出一個窗口Bit Switch Setting ，可以看到Operation Bit Address ，顯示的是M 105中間存儲器地址，它即是表四中列出的M 105，二級高壓泵手動輸入控制按鈕。Bit Invert 是指控制位可以通過觸摸的方式來實現置位和復位雙重控制。
我們編寫好的GP畫面和程序最后需要的就是通過專用電纜GPW-CB02，通過PC上的串口和GP上的TOOL口，用RS232C通訊方式下載到GP上，這樣GP的程序就算完成了。當然，我們可以通過使用仿真的方式，來查看畫面的切換及程序的運行是否正確，為現場調試減少工作量。

四、PLC FBe-28MC 程序的編寫
FATEK FB系列PLC 之一FBe-28MC PLC 程序的編寫可以用對應的FP-07程序書寫器來編寫。但我們選用了用PC ( Personal Computer )來進行編寫。FATEK FB系列PLC的專用編程軟件為 WinProladder Version 1.06 (English) (持 Windows 98 \ Me \ 2000 \ XP操作系統)，該軟件在購買FB系列PLC時，可以從公司獲得。（本文附件中包括了凈水系統的PLC程序）。
該軟件操作簡單，采用梯形圖（LED）編程方式。學習過電氣工廠控制，具備一定的編程經驗的技術員都能很快掌握。同時，我們也可以參考《永宏可編程序控制器FB系列-使用手冊Ⅰ硬件篇&基礎功能篇》，《永宏可編程式控制器FB系列-使用手冊Ⅱ高級功能篇》該軟件編程方便，傳輸下載程序都是很簡單的。值得注意的事項是，我們在對編寫好的梯形圖程序，下載到PLC上的時候，我們需要對通訊參數進行設置。如下表所示：

在這里我們舉個例子來進行說明,利用高速計數器作等長度截斷控制。
工程結構：

從系統結構很容易看出，X 2 是一個檢測輸入信號，它是相當于一個運行常閉開關，即當可以檢測到來料的時候，X 2輸入信號存在，整個系統才可以開始工作；當無法檢測到來料的時候，X 2 輸入信號不存在