基于PLC控制的检漏仪系统的设计

顾中杰

【摘 要】基于PLC控制的检漏仪系统主要控制零件夹具的机械动作以及和检漏仪、人机界面之间的交互。该系统使用三菱FX系列PLC，GT系列人机界面，使用步进指令进行编程，根据控制要求完成PLC程序的设计与调试。人机界面可视化气缸动作，显示了检测结果，具有直观性和可操作性。

【关键词】PLC;步进指令;人机界面

中图分类号： TP273.5文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）13-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.009

Design of leak Detector System Based on PLC Control

GU Zhong-jie

（Shuiguang precision parts manufacturing〈Shanghai〉co.，LTD.，Shanghai 201906，China）

【Abstract】The equipment control the mechanical movement of the part fixture by PLC control.The system is programmed using stepping instructions.The human-machine interface is intuitive and maneuverable.

【Key words】PLC; Step instruction; Man-machine interface

许多汽车上的精密零部件需要进行气密性检测，经检测合格之后才能用于安装。基于PLC控制的检漏仪设备可以在此方面进行应用，本文介绍该设备的设计。

1 控制系统的设计方案

本次设计包括了硬件和软件两个方面，硬件设计包括了相关电路图的设计，软件设计包括了PLC的编程以及人机界面的编程，设计方案需要解决以下三个问题：

（1）需要准确地对气缸动作进行捕捉，为此采用电磁式结构的传感器型接近开关，它工作时不需外加电源，利用电磁感应的原理，将感应到的气缸运动转换成磁电式传感器中的感应电动势输出，是一种有源传感器，精度也较高。

（2）检漏仪设备输入与PLC的输出无法达到电气要求上的统一，本设备使用的三菱PLC为晶体管输出，其输出端为低电平输出。而本设备使用的检漏仪设备的输入为高电平。为了达到电气上的统一，必须将检漏仪的低电平输出转化为高电平。基于本公司的所原有条件，以及其他方面的考虑，我使用了在控制电路中加装了一套中间继电器控制电路的方法，使得该目的得以达成，相关电路如图所示。

（3）人机界面与PLC的交互，本机使用的PLC和人机界面皆是三菱公司生产的，可以直接连接。在人机界面上的可视化显示，利用AUTOCAD这一软件，画一幅简易的零部件效果图以及气缸的简图，利用AUTOCAD中的3D建模功能，使得整个图有了立体感，更加地直观，将该图插入在人机界面上，作为整个动态的底图。

继续画出气缸的活塞简图，在人机界面上设置多处限位，利用人机界面中的读取软元件ON和OFF两种状态下的不同显示，将定义为了运动零部件的活塞简图显示在屏幕上的不同位置，使得其能够看上去像是在运动一般。

2 控制系统的硬件设计

PLC控制的检漏仪设备的主电路部分包括断路器、主接触器、开关电源、三菱FX3N-30MTPLC、GT1155触摸屏、福田FL-296检漏仪组成。

除了主电路以及PLC外围电路之外，主要电路还有福田FL-296与PLC的连接图，福田FL-296共有38个端口，其中有四个端口连接至PLC的X端口，两个端口连接至中间继电器上，各个公共端口连接至开关电源的0V电源，其他端口挂空。

3 控制系统的软件设计

本系统的核心是PLC编程，本次编程利用PLC的步进指令进行编程，步进指令主要用于编制复杂的且具有顺控的程序，它类似于顺序功能图SFC语言的状态转移图，它比梯形图更为直观，也使得编程更为地简便。

3.1 绘制流程图

流程图是一种图形，用来描述控制系统的控制过程、功能及特性的，其主要组成有步、转移、转移条件、线段和命令，根据控制要求本系统的流程图见图。

3.2 绘制状态转移图

由流程图转换画出相对应的状态转移图，状态转移图也是流程图的一种，它是用状态继电器描述的，状态元件是构成状态转移图的基本要素，是PLC的内部软元件之一。

流程图中的每一个工序都可用一个状态元件来表示，工序中的每一个命令都对应一个输出，每一个转移条件都对应一个输入，将其一一对应之后就是所需的状态转移图了。

3.3 PLC软件编程

本系统使用的编程软件为GX Works2，該软件是专为三菱各系列PLC进行编程的软件，新建一个文件选择好PLC型号后，可直接选择使用SFC语言进行编程。用SFC语言为状态转移图进行编程，比梯形图更加地直观、方便。编写转移条件时，最后的输出应为TRAN，该指令是SFC转移开始的指令。

3.4 与人机界面及检漏仪的交互

与人机界面的交互，人机界面共编写了九个画面，分别是主菜单、状态显示、I/O监视、异常画面1、手动操作、设定按钮、其他设定、使用说明、异常画面2。其中主要与PLC进行交互的是手动操作画面，将人机界面上的各手动按钮所读取的软元件信号设置成PLC内的中间继电器M，在PLC中编写相对应的功能，如手动气缸1动作，就可以将该按钮的读取软元件信号设置为M11，在PLC中编写一条指令，令M11为ON时气缸1动作，当然该工作必须在手动状态下进行，所以还要另外串一条手动旋钮的输入信号，其他手动按钮也按此法编写。

与检漏仪的交互主要是在外围的电路之上，检漏仪的输出接PLC的输入，检漏仪的输入接PLC的输出，检漏仪得到相对应的输入之后检漏仪内部会有相应的程序进行动作，这些程序在仪器出场之时已经编写完成无需另外编写，只需要修改参数即可。

4 系统调试

GX Works2本身就有模拟功能，无需再额外添加另外的程序进行模拟。点击模拟开始，便可以开始进行。由于没有相对应的电气信号，在监控模式之下点击相对应的输入，右击找到调试，当前值更改，更改信号的当前值，可以更改成ON，OFF两种信号，根据当前点击状态，观察软件运行正常与否，是否有问题。

人机界面的编程软件GT Ddesigner3也可以与GX Works2进行模拟连接，打开编写好的人机界面文件，在模拟器设置中的连接方法选择GX Simulator2，点击模拟器启动，便可与GX Works2的模拟器相连接。点击人机界面上手动画面上的各个按钮，观察PLC程序中相对应的点导通与否，同时观察相对应的动作正确与否。

在模拟后确认程序无误之后，将整个系统进行电气安装，将PLC程序、人机界面程序写入机器中，再进行最后的整机测试，观察气缸的机械动作，检漏仪的动作是否正常无误，是否还要增加之前没有考虑到的互锁，自锁等条件，再对程序最后进行小范围的修改，确认无误之后整个机器便算彻底完工了。

5 结束语

此设计分为硬件和软件两个部分，硬件上利用了三菱FX3N-30MTPLC作为控制，采用电磁式结构的传感器进行气缸动作的检测与转换，将产生的信号送入PLC输入端;通过该信号的读取来判断气缸所处的位置从而对气缸进行动作控制，当三个气缸都达到压紧位置后检漏仪动作进行充气，然后检测漏气量，当漏气量符合规定后，气缸依次退回原位，人机界面之上进行计数显示。软件采用GX Works2软件建立SFC工程項目编写SFC，采用GT Ddesigner3软件编写人机界面程序。PLC编程中采用了步进指令进行编程，比梯形图更为直观，更为地简便，具有较好的可移植性，当其他产品需要相同的检漏仪设备时，即便气缸动作有所更改，只要小范围地更改气缸动作便可以使用，该设备现已投入使用。

【参考文献】

[1]三菱FX3N系列微型可编程控制器编程手册[S].

[2]苏家健，顾阳.可编程序控制器应用实训（三菱机型）[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：高等教育出版社，2016.

[4]张玉发.可编程控制器应用技术[M].西安：电子科技大学出版社，2008.

[5]王整风.可编程控制器原理与实践[M].上海：上海交通大学出版社，2007.