第2章 設計思路及選型
2.1　控製要求
由於世界經濟的複蘇，企業訂單的迅速增加，產品呈多樣化趨勢，加上珠三角地區
“招工難”情況的加劇。根據實際情況，對控製係統提出以下幾點要求：
1.係統要穩定可靠
，可長時間無故障運行。
2.可以保存多組配方，並能按預先設定的配方自動的調整各馬達的速度。
3.要操作簡單，可以集中控製
，節省人力。
4.要有故障報警及保護裝置。

2.2　係統分析
本係統主要是通過PLC，觸摸屏及變頻器的綜合應用結合吹膜機的實際需要來完成控製要求的。設計思路主要是：用PLC溫控模塊加固態繼電器來控製吹膜機各段的溫度。用PLC模mo擬ni量liang模mo塊kuai加jia變bian頻pin器qi來lai控kong製zhi各ge馬ma達da的de速su度du。使shi用yong觸chu摸mo屏ping來lai完wan成cheng溫wen度du的de設she置zhi和he顯xian示shi，速su度du的de設she置zhi和he顯xian示shi，故gu障zhang的de設she置zhi和he顯xian示shi，配pei方fang功gong能neng的de實shi現xian等deng等deng。

2.2.1　吹膜機介紹及工作流程圖
塑膠吹膜機是一種把顆粒狀的塑膠原料製造成塑膠薄膜的機器
，其工作流程如下：
在zai入ru料liao口kou加jia入ru塑su膠jiao原yuan料liao，同tong時shi加jia熱re主zhu螺luo杆gan和he旋xuan轉zhuan模mo頭tou。待dai各ge溫wen度du值zhi到dao達da設she定ding值zhi時shi啟qi動dong機ji器qi
，此ci時shi經jing過guo高gao溫wen熔rong化hua後hou的de塑su膠jiao原yuan料liao在zai主zhu螺luo杆gan的de帶dai動dong下xia由you環huan狀zhuang的de旋xuan轉zhuan模mo頭tou擠ji出chu，擠ji出chu的de薄bo膜mo經jing過guo風feng冷leng和he水shui冷leng後hou被bei引yin取qu輪lun引yin出chu，再zai經jing過guo壓ya花hua輪lunA和壓花輪B壓花後被引入輪引入到卷曲輪
，最後由卷曲輪將薄膜卷成一卷卷的成品。
流程方框圖及實物圖如下：

圖2.1 流程方框圖 

圖2.2 吹膜機圖片

2.2.2　改造項目的控製方案及思路
1. 將原有的溫控器加接觸器控製溫度的方式，改為PLC加溫度模塊加固態繼電器的方式。因為固態繼電器是無觸點的控製器件
，損壞率非常低
，用於加熱時的頻繁大電流接通很適合。PLC加溫控模塊的方式很穩定
，控溫準，並且溫度可以集中控製。
2. 將(jiang)原(yuan)有(you)的(de)通(tong)過(guo)機(ji)械(xie)部(bu)分(fen)更(geng)換(huan)齒(chi)輪(lun)減(jian)速(su)比(bi)的(de)調(tiao)速(su)方(fang)式(shi)，改(gai)為(wei)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)頻(pin)率(lv)調(tiao)速(su)。變(bian)頻(pin)器(qi)調(tiao)速(su)具(ju)有(you)節(jie)能(neng)，穩(wen)定(ding)的(de)優(you)點(dian)。同(tong)時(shi)解(jie)決(jue)了(le)機(ji)械(xie)調(tiao)速(su)的(de)磨(mo)損(sun)和(he)維(wei)修(xiu)難(nan)問(wen)題(ti)
，而(er)且(qie)通(tong)過(guo)用(yong)PLC模擬量輸出的功能控製變頻器，可以集中控製變頻器，操作簡單。
3.用(yong)觸(chu)摸(mo)屏(ping)做(zuo)為(wei)上(shang)位(wei)機(ji)來(lai)完(wan)成(cheng)各(ge)項(xiang)溫(wen)度(du)的(de)設(she)定(ding)
，變(bian)頻(pin)器(qi)頻(pin)率(lv)的(de)設(she)定(ding)
，配(pei)方(fang)功(gong)能(neng)，報(bao)警(jing)顯(xian)示(shi)，機(ji)器(qi)故(gu)障(zhang)和(he)狀(zhuang)態(tai)顯(xian)示(shi)等(deng)。使(shi)操(cao)作(zuo)大(da)為(wei)簡(jian)化(hua)，節(jie)省(sheng)人(ren)員(yuan)。配(pei)方(fang)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)隨(sui)時(shi)更(geng)換(huan)新(xin)產(chan)品(pin)，節(jie)省(sheng)新(xin)產(chan)品(pin)上(shang)線(xian)時(shi)間(jian)，提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。報(bao)警(jing)顯(xian)示(shi)和(he)故(gu)障(zhang)顯(xian)示(shi)可(ke)以(yi)隨(sui)時(shi)告(gao)知(zhi)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)和(he)故(gu)障(zhang)點(dian)，便(bian)於(yu)維(wei)修(xiu)和(he)調(tiao)試(shi)

，同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)了(le)故(gu)障(zhang)的(de)擴(kuo)大(da)化(hua)。
以下為控製方案圖： 

圖2.3 控製方案圖


2.2.3　PLC，觸摸屏及變頻器的選型
（1）PLC的選型
目前的PLC大致分為兩個流派。一個是日本派係，其代表有三菱，歐姆龍等品牌。
另一個是歐美派係，它的代表主要是西門子
，AB等。我國的PLC主要是日本派係的

，有一些比如信捷，永宏，豐煒
，台達等品牌（永宏，豐煒，台達為中國台灣品牌）。
PLC選型主要根據功能和性價比來決定
，因為功能越強，價格就越高。本工程要
求PLC具有RS485通信，可擴展模塊，完成AD轉換，溫度控製，模擬量輸出等功能，而且要求PLC具備相應指令係統和該公司必須有配套的相關模塊。
根據經濟實用的原則
，本工程選用了永宏電機的FBS-32MAT型PLC
，FBS-TC6溫控模塊，FBS-4DA模擬量輸出模塊，FBS-6AD模擬量輸入模塊和FBS-CB5通信模板。
（2）．觸摸屏的選型
目前市麵上的觸摸屏種類很多，常用的品牌主要有FATEK,eView
，GE
， Proface 
，HAKKO ，WEINVIEW
， HITECH 等。
和PLCyiyang，chumopingdexuanxingyeshiyikaogongnenghexingjiabilaijuedingde，gongnengyueqiang，jiagejiuyuegao。bengongchengsuoyaoqiudegongnengjihusuoyoudepinpaidoukeyizuodao
，yincigenjujingjishiyongyuanze
，bengongchengxuanyonglejiagexiangduijiaodideFATEK公司的FV070ST-T50觸摸屏。
（3）．變頻器的選型

變頻器選型時要注意的幾點：
　 1) 采用變頻的目的；恒壓控製或恒流控製等。
　 2) 變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等
，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。
　 3) 變頻器與負載的匹配問題；
　　I.電壓匹配
；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。
　　II. 電流匹配；普pu通tong的de離li心xin泵beng
，變bian頻pin器qi的de額e定ding電dian流liu與yu電dian機ji的de額e定ding電dian流liu相xiang符fu。對dui於yu特te殊shu的de負fu載zai如ru深shen水shui泵beng等deng則ze需xu要yao參can考kao電dian機ji性xing能neng參can數shu，以yi最zui大da電dian流liu確que定ding變bian頻pin器qi電dian流liu和he過guo載zai能neng力li。
　　III.轉矩匹配
；這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發生。
　　4) 在zai使shi用yong變bian頻pin器qi驅qu動dong高gao速su電dian機ji時shi，由you於yu高gao速su電dian機ji的de電dian抗kang小xiao，高gao次ci諧xie波bo增zeng加jia導dao致zhi輸shu出chu電dian流liu值zhi增zeng大da。因yin此ci用yong於yu高gao速su電dian機ji的de變bian頻pin器qi的de選xuan型xing
，其qi容rong量liang要yao稍shao大da於yu普pu通tong電dian機ji的de選xuan型xing。
　　5) 變(bian)頻(pin)器(qi)如(ru)果(guo)要(yao)長(chang)電(dian)纜(lan)運(yun)行(xing)時(shi)
，此(ci)時(shi)要(yao)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)抑(yi)製(zhi)長(chang)電(dian)纜(lan)對(dui)地(di)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)
，避(bi)免(mian)變(bian)頻(pin)器(qi)出(chu)力(li)不(bu)足(zu)，所(suo)以(yi)在(zai)這(zhe)樣(yang)情(qing)況(kuang)下(xia)，變(bian)頻(pin)器(qi)容(rong)量(liang)要(yao)放(fang)大(da)一(yi)檔(dang)或(huo)者(zhe)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)安(an)裝(zhuang)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi)。
6) 對於一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔
，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。
根據以上要求結合本工程實際情況，本工程選用的變頻器均為藍海華騰V5係列。如下圖所示： 

圖2.6藍海華騰V5係列變頻器

第3章 應用設計及功能實現
3.1　觸摸屏與PLC實現人機對話的設計
要想實現觸摸屏與PLC的人機交流
，必須卻保PLC與觸摸屏的正常通訊
，同時觸摸屏上畫麵的各種元件必須一一對應PLC上的各種軟元件。
3.1.1 FBS係列PLC與永宏FV係列觸摸屏的連接說明

圖3.1 永宏觸摸屏軟件觸控大師設置圖

FV係列觸摸屏的畫麵編輯軟件為《觸控大師》

，上圖3.1 是永宏觸摸屏與FBS係列PLC通訊時畫麵編輯軟件《觸控大師》上的設置。圖3.2是FV係列觸摸屏與FBS係列PLC通訊的詳細接線圖
，用RS232通訊協議實現通訊。 

圖3.2 觸摸屏與FBS主機的RS232通訊接線圖

3.2　溫度控製的實現
本工程要求溫度控製在一定的精度範圍，用觸摸屏輸入設定溫度值，同時通過觸摸屏畫麵監控溫度值。
3.2.1　PLC溫控模塊FBS-TC6的接線圖
溫控模塊的作用是把熱電偶感知的溫度信號轉變為數字量信號送給PLC的裝置
，溫度的精度與模塊的分辨率有關，分辨率越高精度就越高。下圖是FBS-TC6的接線圖。

圖3.3 PLC溫控模塊FBS-TC6的接線圖


3.2.3　觸摸屏溫控畫麵
圖3.4是觸摸屏的溫控畫麵。圖中《設定值》用來設定所需溫度值，《感測值》用來顯示FBS-TC6所檢測到的溫度值

，《手動加熱》是用來選擇加熱的開關。 

圖3.6觸摸屏溫控畫麵
上圖中《感測值》用來顯示FBS-TC6所檢測到的溫度值，也就是FBS-TC6測量現場所得到的測量值經過轉換得來的，之所以要經過轉換，是因為FBS-TC6測量現場所得到的測量值是一個工程值，要想顯示實際的℃溫度，就必須轉換。該處需要注意一個問題，觸摸屏裏麵的小數點隻是個假象
，參與程序運算的實際上是個整數，比如觸摸屏設值33.3
，那麼在PLC中參與運算的則是333.

3.2.4　PLC溫控程序的思路
       目前來講PLC控製溫度最為科學的方法應當是PID控製法。PID 控製器的參數整定是控製係統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控製器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。PID 控製器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一(yi)是(shi)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)整(zheng)定(ding)法(fa)。它(ta)主(zhu)要(yao)是(shi)依(yi)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)，經(jing)過(guo)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)確(que)定(ding)控(kong)製(zhi)器(qi)參(can)數(shu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)所(suo)得(de)到(dao)的(de)計(ji)算(suan)數(shu)據(ju)未(wei)必(bi)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)用(yong)，還(hai)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)工(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)和(he)修(xiu)改(gai)。二(er)是(shi)工(gong)程(cheng)整(zheng)定(ding)方(fang)法(fa)，它(ta)主(zhu)要(yao)依(yi)賴(lai)工(gong)程(cheng)經(jing)驗(yan)，直(zhi)接(jie)在(zai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)試(shi)驗(yan)中(zhong)進(jin)行(xing)
，且(qie)方(fang)法(fa)簡(jian)單(dan)、易於掌握，在工程實際中被廣泛采用。
PID 控製器參數的工程整定方法
，主要有臨界比例法、fanyingquxianfaheshuaijianfa。sanzhongfangfageyouqitedian，qigongtongdiandoushitongguoshiyan，ranhouanzhaogongchengjingyangongshiduikongzhiqicanshujinxingzhengding。danwuluncaiyongnayizhongfangfasuodedaodekongzhiqicanshu，douxuyaozaishijiyunxingzhongjinxingzuihoutiaozhengyuwanshan。xianzaiyibancaiyongdeshilinjiebilifa。liyonggaifangfajinxingPID 控製器參數的整定步驟如下：
(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓係統工作；
(2)僅加入比例控製環節
，直到係統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩
，記下這時的比例放大係數和臨界振蕩周期；
(3)在一定的控製度下通過公式計算得到PID 控製器的參數

PID溫控係統常見的一些問題和對策：
1.加溫很迅速就達到目標值
，但溫度過衝很大
分析：A.比例係數過大，致使在未達到設定溫度前加溫比例過高。
B．微分係數過小，致使對對象反應不敏感。
對策：減小比例係數或增加微分係數。
2.加溫經常達不到目標值，小於目標值的時間較多。
分析：A.比例係數過小，加溫比例不夠。
B.積分係數過小，對恒偏差補償不足。
對策：增加比例係數或增加積分係數。
3．基本上在控製目標上，但上下偏差偏大
，經常波動。
分析:A.積分係數過小，對即時變化反應不夠快
，反映措施不力。
B．積分係數過大，使微分反應被淹沒鈍化。
C.設定的基本定時周期過短，加熱沒有來得及傳到測溫點。
對策：改變積分係數
，調整基本定時周期。
4． 受工作環境影響較大，在稍有變動時就會引取溫度的波動。
分析：A.積分係數過小，對即時變化反應不夠快，反映措施不力。
B.設定的基本定時周期過長
，不能及時得到修正。
對策：改變微分係數
，調整基本定時周期。
3.3馬達調速的實現
觸摸屏，PLC，變頻器實現馬達的調速，有以下幾點：1，通過觸摸屏輸入馬達速度的設定值和顯示馬達的當前速度。2，用PLC的模擬量輸出模塊FBS-4DA輸出0-10V的電壓控製變頻器的輸出頻率。3，由變頻器驅動馬達運轉及停止。

3.3.1　PLC模擬量輸出模塊FBS-4DA的接線圖
模擬量輸出模塊的作用是將PLC給出的數字量轉換為模擬量信號並輸出電壓或電流的裝置，下圖是永宏電機FBS-4DA模擬量輸出模塊的接線圖。O0+和O0-端子輸出的0-10V電壓連接到變頻器的0-10V模擬量輸入端子上

，來控製變頻器速度。 

圖3.7 FBS-4DA模擬量輸出模塊接線圖

3.3.3 觸摸屏速度控製畫麵
下圖是觸摸屏的速度控製畫麵，主要用來控製各馬達的速度。OFF 這牌按鈕是用來啟停相對應得馬達的開關。A處的按鈕用來設定和顯示馬達頻率設定值。B處顯示馬達當前運行的頻率。 《加速》和《減速》按鈕分別用來在運行時對馬達頻率進行微調。 

圖3.9觸摸屏的速度控製畫麵
《馬達頻率設定值》是觸摸屏對PLC主機給出的現場所需的馬達頻率，為一個現在值，需要根據實際情況通過PLC主機程序運算得到一個0-250的工程值，把這個工程值賦予FBC-4DA模塊
，再由FBS-4DA模塊轉換為模擬量電壓或電流來控製變頻器。在這裏同樣要注意觸摸屏的小數點問題。

3.3.4 變頻器的接線及設置
變頻器接線示意圖：

圖3. 10 變頻器拖動負載示意圖
變頻器的設置
不同品牌的變頻器參數設置方法各不相同，但萬變不離其中，主要有以下幾個方麵：
1. 設定頻率指令來源，本工程應設定為主頻率輸入由模擬信號DC 0- +10V 控製（AVI）。
2. 運轉指令來源
，本工程設定為運轉指令由外部端子控製。
3. 馬達停機方式，本工程設定為自由停車。
4. 最高操作頻率
，本工程設定為100HZ。
5. 最高輸出電壓
，本工程設定為220V。
另外一些比如加減速時間，禁止反轉等功能也需要根據實際情況進行設定。




結論
PLC，觸chu摸mo屏ping及ji變bian頻pin器qi的de自zi動dong控kong製zhi綜zong合he應ying用yong技ji術shu提ti高gao了le工gong業ye生sheng產chan產chan品pin的de品pin質zhi和he生sheng產chan設she備bei的de效xiao率lv，解jie決jue了le傳chuan統tong控kong製zhi係xi統tong操cao作zuo複fu雜za，新xin產chan品pin生sheng產chan周zhou期qi長chang等deng問wen題ti，有you利li於yu人ren員yuan培pei訓xun及ji提ti高gao企qi業ye市shi場chang競jing爭zheng力li。本ben文wen結jie合he現xian實shi生sheng產chan中zhong的de實shi際ji情qing況kuang
，完wan成cheng了le對dui塑su膠jiao吹chui膜mo機ji的de改gai造zao，應ying用yongPLC
，chumopingjibianpinqidezonghekongzhijishuwanchenglewendu
，sududekongzhi，tigaoledianqikongzhidekekaoxing


，suoduanleweixiushijian，jianshaoleweixiudegongzuoliang
，jiangdileshebeilingbujiandesunhuailv。yincigaijishukeyizaixiandaigongyezhongyingdangdedaoguangfandeyingyong
，juyouguangkuodefazhanqianjing。



參考文獻
[1] 永宏可編程控製器使用手冊　 永宏電機股份有限公司 2010