1 系統(tǒng)方案設(shè)計和組成
1.1 系統(tǒng)的組成和工作原理
系統(tǒng)工作時,觸摸屏以界面形式使操作狀態(tài)、當前過程值以及連接的PLC的故障可視化,并通過組態(tài)變量建立觸摸屏與PLC的通訊,使觸摸屏上的各項設(shè)定值輸入PLC，同時PLC接收現(xiàn)場各狀態(tài)檢測信號,按預(yù)先編寫的程序?qū)崿F(xiàn)計算和控制輸出功能，從而實現(xiàn)對拋光機整個運動過程的控制。
1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計
磁流變拋光機要用自動和手動兩種方式來主要完成主軸轉(zhuǎn)速、擺軸轉(zhuǎn)速、平擺速度、磁場大小、磁流變液和大小的控制和調(diào)節(jié)，同時要對主軸位移和擺軸角度進行檢測和控制。當主軸向下運動時位移傳感器準確檢測氣缸下降的位置并將信息傳遞給PLC，當下降的位移量來達到觸摸屏要求的位移量時，PLC控制氣缸停止運動。主軸轉(zhuǎn)速、擺軸轉(zhuǎn)速、平擺速度及拋光液流量的控制均通過所用的變頻器來實現(xiàn)，觸摸屏設(shè)定相應(yīng)的量傳遞給PLC，PLC通過程序來控制變頻器從而達到速度和流量的控制。磁場的控制采用定制的加0-10V外控端的直流穩(wěn)壓電源來實現(xiàn)，PLC通過擴展的模擬量輸出模塊與外控端相連來控制穩(wěn)壓電源的輸出電壓從而磁場強弱的控制。磁流變液也是通過蠕動泵的外控端來進行流量的控制。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)控制工藝要求確定所需的I/O口有：有6個數(shù)字輸入口，2個模擬量輸入口，14個數(shù)字輸出口，6個模擬輸出口。PLC應(yīng)具有的輸入點和輸出點一般要比所需冗余20％，以便系統(tǒng)的完善和今后功能擴展預(yù)留。所以本系統(tǒng)需要數(shù)字量輸入點為8個，數(shù)字量輸出點為18個。PLC控制系統(tǒng)所需的I/O點總數(shù)在256以下，屬于小型機的范圍。所以PLC可以選擇西門子公司的S7-200系列的CPU224XP型，該機具有14個直流輸入點，10個輸出繼電器點，2路模擬量輸入1路模擬量輸出。一個數(shù)字量擴展模塊EM222， 8點繼電器輸出。3個模擬量輸出模塊EM232。
觸摸屏選用西門子公司的TP170B color 觸摸屏， 它采用66MHz， 32位的RISC處理器，16色彩色STN屏幕，提供320*240像素，具有配方功能，可與各種主流PLC直接連接，觸摸屏軟件的開發(fā)使用專用組態(tài)工具Wincc flexible 進行組態(tài)。在觸摸屏上實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速、磁場電壓、泵流量及各種開關(guān)量的設(shè)定，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動、手動操作。
3 觸摸屏界面的組態(tài)
Wincc flexible提供了多種控制器件庫、圖形控件和功能組件,通過組態(tài)出各種顯示和控制功能,實現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當前過程值及故障的可視化，對PLC中的實時數(shù)據(jù)進行顯示、記錄、存儲、處理,從而滿足各種監(jiān)控要求。還可為不同的操作人員設(shè)定不同的操作密碼和相應(yīng)的操作權(quán)限,對一些重要參數(shù)設(shè)定訪問權(quán)限,從而保證系統(tǒng)和生產(chǎn)安全。在組態(tài)軟件中創(chuàng)建畫面和信息,并將它們與PLC程序相連。系統(tǒng)中組態(tài)的主要畫面有：
①用戶管理界面組態(tài)。
用戶管理界面中可以為各用戶組態(tài)不同的組和權(quán)限，例如可以組態(tài)用戶為操作員、管理員、工程師等組。管理員權(quán)限最高，擁有所有的操作權(quán)限，管理員組最低，只能進行操作不能進行任何參數(shù)的修改。工程師組可以訪問“參數(shù)設(shè)置畫面”和輸入設(shè)定值。另外每個用戶登錄時必須輸入正確的密碼才能進行相應(yīng)的操作。
②手動和自動畫面。
根據(jù)系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)需要有手動和自動兩種工作方式，因此需要有手動和自動畫面。手動畫面可以手動選擇各個部件的開關(guān)；可以在各自允許的范圍內(nèi)任意設(shè)定參數(shù)值，實現(xiàn)各電機的無級調(diào)速、磁場的大小、蠕動泵流速的大小。圖2為自動畫面中主軸和平擺的開關(guān)和轉(zhuǎn)速設(shè)定及顯示畫面。自動畫面采用配方功能來實現(xiàn)加工平面和加工球面兩種工藝，圖3為加工平面的配方視圖，在每一種配方下有設(shè)有幾種參數(shù)，工作時任意選定一種參數(shù)，機器的各個部件即按照也設(shè)定好的參數(shù)自動運行。
③報警畫面。
報警用來指示控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的錯誤事件或操作狀態(tài)，先組態(tài)好報警變量，運行時當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時報警指示燈在各個畫面上都會閃爍并在報警視圖中顯示當前錯誤事件的信息。
