PLC与触摸屏在厂房照明监控系统中的应用

刘振方，刘文贵，李国顺，刘 日韦，贾新立

（1.河北省高校水利自动化与信息化应用技术研发中心，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001；2.河北工程技术高等专科学校 电力工程系，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001）

传统形式大型车间或工作厂房的照明灯采用分路控制方式，每路配有1个断路器，使用时将其合上，该路的所有照明灯就被点亮。在没有人工作业时无法实现部分关闭，如果全部关闭，会给值班人员带来不便，也给工作带来安全隐患。为在满足作业需要的前提下，合理节约电能，设计了基于PLC和触摸屏技术设计的照明节能控制系统。实现照明系统管理智能化和操作简单化，节省了电能资源和人力资源。

1 工程概况

朔黄铁路是西煤东运第二大通道的重要组成部分，是我国目前已投入运营规模最大、运输能力最强、技术装备水平最高的合资铁路之一。机辆分公司是朔黄铁路公司三个分公司之一，主要承担朔黄铁路机车、轨道洗磨车、救援列车、公务车的运用和维修管理工作。同时，负责联合运输单位机车运用的综合管理和机车的中修任务。机辆分公司的工作库区分为中修库、辅修库、南边跨、北边跨四个大区，每个大区分别由一路供电线路供电，且每一路连接8～9个分支线路的照明灯。四个大区的每一路都采用三相四线制供电，每路配有1个空气开关。使用时将空气开关合上，该路的照明灯就会全部点亮。另外，每一路的控制开关箱距离较远，并且工作库长达几百米，操作上很不方便，不能根据天气状况和工作需求点亮照明灯。而通常情况下，在夜间作业时，除需要提供值班人员所需的照明和作业线需全亮外，其它灯可部分间隔熄灭，节约用电。工程需要解决的问题如下：

（1）对每一路灯的全亮、全灭能够根据工作需求的设定时间实现自动控制；

（2）在满足自动控制的前提下，对每一路灯也可以切换到手动开关的操作；

（3）具有急停控制照明灯的功能；

（4）提供大库入口的光感照明灯的控制功能；

（5）提供容易使用的智能化人机操作界面。

2 监控系统整体设计

工业自动化中广泛使用的触摸屏和PLC，技术成熟使用稳定可靠，能在恶劣的工业环境中长期连续运行，因此这种完美结合已经成为工业自动化控制技术中的主导应用形式［1］。该照明监控系统构成如图1所示，采用西门子CPU224 XP CN，它有2个485通信接口，其中一个与TP2200触摸屏连接，另一个供上位计算机下载及调试程序使用。系统配有3个数字量输入／输出扩展模块EM223CN。CPU224 XP CN型PLC是整个系统的控制核心设备，能够采集各个分区中照明灯的工作状态，并且根据用户要求四个区中每路灯均由定时和手动控制，并且其中的两个照明区中有光感可控照明灯的开启与关闭，PLC时钟的校准功能，能够实现急停控制照明灯状态。

人机界面采用西门子公司全新研发的精智面板SI MATIC H MI系列TP2200型触摸型面板，具有22英寸宽屏幕显示，明亮的宽屏幕显示屏将可视化区域增加了高达40%，从而针对复杂操作画面提供了扩展显示能力，触摸屏作为人机交互界面可以进行相关工艺参数的设定和运行状态的监控等。

图1 自动化照明监控系统结构图

3 PLC和H MI通信系统设计

触摸屏与PLC之间的连接采用MPI网络通信线缆，传输速率可达187500bit／s，采用专用的MPI通信电缆，其中一个通信端口连接TP2200的IF1B接口，另一个通信端口连接PLC的Port0口或者Port1口。

3.1 PLC控制程序开发

PLC作为系统的控制核心，其内部的照明监控系统程序是实现各项功能的关键，负责照明灯的开启及关闭控制，其程序执行过程如图2所示。程序是在S7－200系列PLC编程软件STEP7－Micro／WIN V4.0 SP9平台上开发的，主要使用梯形图语言，编制中还要结合系统工艺要求和触摸屏画面进行设计。在主程序中可以设计用户选择的自动与手动程序切换功能，当选择相应的操作后，调用对应子程序编号来完成具体的手动和自动启停时间的设定。在主程序中还包含读取PLC中的日期与时间，并且通过触摸屏还具有对其矫正的功能，利用时钟读写命令即可容易实现［2］。

图2 PLC程序工程流程图

3.2 触摸屏界面设计

人机界面（触摸屏）程序可采用西门子触摸屏组态专用的开发软件这是一款面向现代机器自动化概念的人机界面软件，能够用于组态用户界面来操作和监视机器与设备，几乎适合所有工业领域的各种监控解决方案。

整个画面主要由两部分组成，一部分为显示与控制画面，包括人工手动启停控制按钮与指示和按时间自动启停控制与显示，另一部分为PLC日期时间校准设定画面。

显示与控制画面如图3所示，主要有手动控制和自动控制两种功能。选择手动工作模式时，可以操作指示灯下面对应的虚拟的开关来手动控制灯的启停，并且同时在工厂厂房中某一路灯出现故障时，可单独调试与查看。若选择自动工作模式时，厂房的工作人员可针对4个不同厂区的照明需求，按照既已设定的时间启停各个分区照明灯。并且各个照明分区可单独选择自动或手动工作模式，互不影响，增强了控制的灵活性。对于光感输入控制的两个分区的第九路灯可由手动或自动和光电传感器同时控制，其中一种情况有效，即可点亮第九路灯。

日期时间整定画面：从该画面中可以读取PLC内部的日期与时钟数据，当已读取的时钟与标准时间有偏差时，可以在此画面中重新设定为标准时间并由触摸屏写入到PLC。该画面中还可以读取控制柜内PLC的工作状态，从而判定PLC是否在正常的工作情况下，如图4所示［3］。

4 结论

该工厂厂房照明系统采用了PLC和触摸屏的监控工作模式，不仅能够使照明灯系统运行在手动状态，操作人员也可以将工作状态按照预先设定好的时间进行自动切换［4］。可以实现分区分类的照明控制、开启及关闭时间的实时修改等一系列操作，引入了可视性范围广阔的人机界面，把系统所有的照明设备集中放在触摸屏上显示，使得实际操作更加灵活方便，大大地提高了控制系统的实时监控性，不仅方便现场工作人员的生产和维护也提高了生产效率以及产品的质量，本系统在实际应用工程中，由于操作简单实用性强可控数据量多等优点，受到了工程客户的极大好评。

图3 照明区显示与控制设计开发画面

图4 PLC日期时钟显示与设定开发画面

［1］ 阳胜峰，吴志敏.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［2］ 廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2014.

［3］ 殷华文，王林鸿，刘宏伟，等.触摸屏监控器在PLC控制系统中的应用［J］.电气自动化，2001（2）：64－66.

［4］ 冷鑫宁.S7＿200和TP系列触摸屏在控制系统中的应用［J］.仪器仪表用户，2007（14）：53－54.