基于PLC的脉冲电场控制系统的研制.pdf

第 4期 2 0 1 2年 4月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y D e s i g nMa n u f a c t u r e 1 2 7 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 o 4 0 1 2 7 0 2 基于 P L C的脉冲电场控制系统的研制 李伟光聂小军 华南理工大学 机械与汽车工程学院， 广州 5 1 0 6 4 0 Re s e a r c h 0 13 t h e c o n t r o I s y s t e m 0 f p u l s e e l e c t r i c f i e l d b a s e d o n PL C L I We i - g u a n g ， N I E X i a o - j u n S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d Au t o mo t i v e En g i n e e r i n g ， S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ， C h i n a ● t 1 ’ ” 、毫 ． H、1 斤 ’ 、 “ 1 w 量 ， “、 斤 州 t 、 ． H ’ 、 ． ， 、 1 【 摘 要】 P L C 是工业上广泛使用的控制单元， 具有编程简单、 功能强大、 运行可靠等优点。 而触摸屏是 工业上常用的人农界面， 具有界面直观、 操作方便、 工作稳定等特点， 能较好地实现 人机 交付的功能。主要探 讨了一种基于 P L C的 自 动控制系统， 用于对脉冲电场的 自动控制。首先， 描述 了设备的工作过程， 根据工作 过程对设备的控制系统进行了详细的功能规划。然后， 结合 系统要实现的功能设计 了系统的硬件结构， 选择 P L C作为系统的控制核心， 同时选择触摸屏与P L C配合， 实现 良 好的人机交付。最后 ， 设计了触摸屏的操作 界面和 P L C的控制程序。整个系统结构简单，工作可靠，调整方便， 能较好地满足使用要求。 关键词 P L C； 触摸屏 ； 控制系统； 功能规划 【 Ab s t r a c t 】 P L C is a c o n t r o l u n i t w h i c h i s w i d e l y u s e d i n i n d u s t r y w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o fs i m p l e p r o g r a mm i n g ， p o w e r f u l c o n t r o l l i n g f u n c t i o n a n d r e l i abl e r u n n i n g Wh i l e t o u c h i n g s c r e e n i s a h u m a n mach i n e i n t e r f ace a p p l i e d c o m mo n l y i n i n d u s t r y w i t h c h ara c t e r i s t i c s o f v i s u a l i z e d i n t e rf a c e ， s i m p l e o p e r i o n a n d w o r k i n g s t a b i l i t y S O t h a t m a n - m ach i n e d e l i v e r y i s a e h i e v e a A n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P L C f o r p u l s e e l e c t r i c fie l d W as d i s c u s s e t t A t fir s t ， t h e ma c h i n e w o r k i n g p r o c e s s W as s t ate d and t h e f u n c t i o np l an W as m a d e f o r t h i s c o n t r o l l i n g s y s t e m b ase d o n t h e p r o c e s s ． T h e n t h e h ard w a r e d e s i g n e d b a s e d o n t h e c o n t r o l l i n g f u n c t i o n w i t h P L C b e i n g u s e d as t h e c o n t r o l l i n g k e r n e L Mo r e o v e r ， t h e t o u c h i n g s c r e e n W as use d t o r e ali z e t h e g o o d i n f o r mat i o n e x c h ang e b e t w e e n t h e mach i n e and h u ma n At t h e e n d ， t h e o p e r ati o n i n t e rf ace oft o u c h i n g s c r e e n a n d t h e c o n t r o l p r o c e d u r e o fP L C w e r e d e s i gne a [ T h e w h o l e s y s t e m i s s i m p l e i n s t r u c t u r e ， h i g h i n w o r k i n g s t abi l i t y and c o n v e n i e n t i n adj u s t m e n t t h at c a n m e e t t h e o p e r a t i n g r e q u i r e me n t w e l L Ke y wO r d s P LC； TO u c h s c r e e n； C0 n t r 0 l s y s t e m ； F u n c t i o n p l a n 、 ～， i 1 ●1h t _1n ■ 01h ， 1 ●1 t _1 N 1h 1 噜 1 “1 t 1 1 -m i 1 t j 1 1 jⅧ j、 r ● 1 ● j i 、 中图分类号 T H1 6 ， T M9 2 1 ． 5 2 文献标识码 A 1引言 灭菌是食品、酒类、饮料和药品等加工行业重要的生产环 节。 传统灭菌通常采用高温加热、 化学试剂 、 紫外线等方法。 但是， 由于高温加热会破坏物体中的热敏感成份； 化学试剂杀菌易引起 有害物质残留； 紫外线杀菌又具有作用不彻底 、 存在死角等缺点。 因此， 人们一直在探索、 研究能避免上述因素限制的更迅速、 有效 的灭菌方法ll l。目前， 国外对非热杀菌技术 冷杀菌 在食品工艺中 的应用研究己进入高潮， 其中有流体静压， 振动磁场， 强超声波， 高压脉冲电场杀菌等技术的研究． 高压脉冲电场杀菌技术以其良 好的应用特性己经成为当前最有前途的食品工业化应用乎段， 己 成为国内外学者研究开发的热点嘲 。 高压脉冲电场的应用离不开相应设备的支持，对高压脉冲 设备的研究开发也是发展推广此项技术的重要内容。 在进行该项 技术研究的初期，研究人员往往只能借助于简单的实验装置， 从 事一些原理性的研究。当取得一些进展之后， 进一步的研究对实 验装置的复杂性和参数调整的精确性也提出了更高的要求。 控制 系统是该类设备的重要组成部分， 它的发展可以提高设备的自动 化水平， 方便操作， 提高调整精度 ， 对该技术的发展具有巨大的推 ★来稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 1 9 动作用。在对一种灭菌设备功能分析的基础上， 对其控制系统进 行了深入的探讨和设计。 该系统能够实现对设备的自动控制和灵 活调整， 操作方便， 可靠l生 高。 2工作流程 该套装置的主要功能是对废水 、饮料等液态介质进行灭菌 处理， 实现对工艺参数的精确调整和工作过程的实时监控， 同时 实现对工作方式的灵活选择。 本套灭菌设备主要由工作液供给装 置、 灭菌装置和控制系统等几部分组成。工作液供给装置的作用 是为处理室提供源源不断的待处理液体， 确保灭菌过程的连续进 行； 灭菌装置对工作液体进行灭菌处理， 是灭菌的直接工作部分， 也是整个设备的关键部分；控制部分用于实现对工作参数的设 置， 工作过程的控制， 工作模式的选择等， 是整个设备运行的调控 中枢， 是维持设备正常运转的有力保障。各部分功能既相互配合 又相互独立， 采用了模块化的设计思路， 便于对设备的生产制造 与维护。其工作过程为 首先由泵抽取工作液体进入灭菌处理室 内， 灭菌处理室工作时处在高压脉冲电场的环境下， 工作液体经 过高压脉冲电场的作用， 完成灭菌过程， 处理后的液体通过专用 管道流人储液罐。设备的大致工作流程， 如图 1 所示。 1 2 8 李伟光等 基于P L C的脉冲电场控制系统的研制 第4 期 图 1灭菌整体工作过程 3控制系统功能规划 1 紧急停止。 生产过程在一定条件下可能出现异常。 为了保 护设备， 有效避免危险情况的发生， 必须设置紧急停止按钮。在紧 急情况下直接按下急停按钮，断开控制电路电源从而快速停止设 备避免非正常工作。 紧急情况解除后， 按启动键重新开始工作。 2 工作方式切换。设置可以互换的多种工作方式， 即自动方式、 手动 方式、 取样方式和清洗方式等。正常情况下， 设备一般工作于自动 方式之下。 但手动方式也是必不可少的。在设备检查、 调试和维护 时， 手动方式可以方便地检测生产过程的各个环节。 取样方式用于 进行各种不同流量、 不同处理时间的实验操作。 而清洗方式则用于 对设备定期清洗， 以保持处理室的整洁。 3 参数设置。 设备具有多 种参数设置要求， 如处理时间、 上电延时时问、 液体流量等。 系统必 须能够对这些参数进行灵活方便的设置与修改，以实现不同的工 作需求。 4 状态显示。 对于使用者来说， 及时了解设备的运行状况 是非常必要的， 这样可以对一些突发事件作出快速响应。因此， 在 工作过程中， 要求实时显示运行方式、 处理时间、 流量等重要参数， 以便有效监控工作过程。 5 故障报警。要求设备在工作异常时给 出报警信号， 以便于操作人员及时发现问题， 进行纠正目 。 4系统硬件设计 控制系统的硬件设计需要综合考虑多方面的因素， 如系统要 实现的控制功能、 系统响应速度的快慢、 系统运行的稳定性、 调整 的方便l生以及整个系统的经济性等。P L C是近年来发展较迅速的 一 种控制器， 它继承了传统继电器、 接触器操作简单、 操作方便、 价 格便宜等优点， 同时具有可靠性高、 抗干扰能力强、 通用性好、 使用 方便、便于采用模块化结构、系统组合灵活方便以及编程语言简 单、 易学、 便于掌握等特 ， 在当前数控系统中使用较广。 但是， P L C在人机对话、故障判断和线路修改等方面略显不 足。 要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化， 需选择一个 上位机来配合 P L C， 才能组成优 良的 自动控制系统 。而触摸屏是 工业设备常用 的人机交互界面 ， 它性能可靠 ， 稳定性好 ， 适应性强 ， 反应灵敏， 性价比好， 是理想的人机交互设备。为了节约 P L C Y O 口， 减少外界硬件布线， 可选用触摸屏作为 P L C的控制界硅 。 图 2系统硬件结构 图 此外， P L C和触摸屏还具有技术成熟 、 规范、 体积小 、 重量 轻、 便于安装 、 可使整体结构简洁、 紧凑等优点， 而触摸屏组态软 件提供众多的按钮 、 指示灯 、 列表等控件 ， 使界面友好灵活， 修改 方便 。基于以上分析， 系统采用可编程控制器 P L C 与触摸屏作 为控制系统的核心。系统的硬件结构框图， 如图2所示。 5软件设计 5 ． 1触摸屏软件 1 可视化界面设计。 可视化界面是人机交互的重要部分。 界 面组态具体涉及输入， 输出区域组态， 功能键组态，指示器组态以 及文本显示等各种格式， 可以根据实际控制要求设计不同的画面。 2 变量设定。 变量的作用是在触摸屏的组态功能与 P L C的响应 I ／ O接点及存储单元之建立联系， 实现触摸屏敏感元件对 P L C参数 的输入， P L C当前值及报警信号向触摸屏的输出等。 3 设置通讯 参数。其目的是实现触摸屏同P L C之间的通信日 。根据灭菌过程 的控制要求， 设计控系统各功能操作界面结构， 如图3 所示。 图 3触摸屏操作界面结构图 图 4系统灭菌工作流程图 第 4期 2 0 1 2年 4月 机 械 设计 与 制造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 2 9 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 【 4 0 1 2 9 0 3 金属板材回弹与曲率关系的研 究 木 周 驰 周旭辉 阮 锋 朱 寅 I 王建宇 2 ’ 华南理工大学 机械与汽车工程学院， 广州 5 1 0 6 4 0 东莞市奕东电子有限公司， 东莞 5 2 3 0 0 0 Re s e a r c h o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e s p r i n g b a c k o f s h e e t me t a l a n d c u r v a t u r e Z HOU Ch i ， Z HOU Xu h u i ， RUAN F e n g ， Z HU Yi n ， WANG J i a n - y u S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d Au t o m b i l e En g i n e e r i n g ． S o u t h C h i n a Un i v e r s i t o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ， C h i n a D o n g g u a n Yi d o n g E l e c t r o n i c C o ． ， L t d ， D o n g g u a n 5 2 3 0 0 0 ， C h i n a 中图分类号 T H1 6 ， T GI 4 文献标识码 A l 弓 I 言 仪 凭 借 回 弹 量 的 粗 略 经 验 估 算 来 对 模 面 进 行 反 复 修 正 的 方 法 是 I 弹是 日前板料成形中难以解决的主要缺I； f j 事实证明， 仅 粗糙和费时的⋯ 。目前广泛采用的有限元技术对回弹进行定量预 ★来稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 2 6 女基金项 目 国家 f 】 然科学基金 5 0 8 0 5 0 5 0 ， 广东高校优秀青年创新人才培育项 目 育苗工程项 目 粤港关键领域重点突破项 日 2 O 0 9 2 0 5 2 O H 0 O 0 1 5 - 2 P L C程序 P L C常用的编程沿言有梯形 、 指令表、 功能图和高级编程 语言四种 ． 其中梯形图编程语言形象直观， 便于掌握。 本控制装置 的软件采用梯形图语言编写，采用 G XD e v e l o p e r 8 ． 0模拟调试软 件进行编程和调试 ， 可方便地在编写完程序后进行模拟调试 。当 需要修改程序时， 只需经编程器对修改部分进行改动， 装置即可 按新的要求进行工作 ， 程序的修改和调试简单灵活， 非常有利于 基层技术人员掌握 。系统工作流程 图， 如 图 4 所示 。 6结束语 探讨了 砷p 高压脉冲电场 自动控制系统的结构和软件开 发 该系统具仃性能稳定、 操作简单、 使用方便 、 捌整容易等特点， 能对火菌过程进行实时监控和显示， 实现不同] - 作模式的快速切 换以及对各种工艺参数的灵活调整， 满足多种使用要求。利用该 系统可以方便地实现处理过程的各种调整和控制， 实现对各项参 数的精确调整， 有利于确保灭菌的质量和效率。 参考文献 [ 1 ] 周 红生 ， 许 小芳 ．超 声波灭菌技术 的研究进展 [ J1． 声学技术 ．2 0 1 0 ， 1 0 2 9 4 9 8 5 0 2 ． 1 2 ] 李钢 ， 栾海 ． 高压脉冲电场杀菌技术住食品工业 中的应用 [ n ． 哈尔滨 商业大学学报 自然科学版， 2 0 0 3 ， 4 1 9 2 0 6 - 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