PLC和觸摸屏在繼電器測(cè)試臺(tái)中的應(yīng)用

國(guó)際金屬加工網(wǎng)

1 引言
　　鐵路安全繼電器是鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，必須在出廠時(shí)和使用過(guò)程中定期對(duì)其電氣特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試武慨。然而溜舷，傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備存在測(cè)試精度低，可靠性差悴碳，效率低下以及對(duì)測(cè)試人員要求高等缺點(diǎn)借街，不能滿足現(xiàn)代繼電器測(cè)試的要求。PLC作為一種新型的控制裝置與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)相比灾囊，具有時(shí)間響應(yīng)快听想，控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變汉买、易與計(jì)算機(jī)相連衔峰、維修方便、體積小蛙粘、重量輕垫卤、功耗低及高性能等優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏也是一種新型的人機(jī)交互設(shè)備出牧，操作者只需用手觸摸計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖標(biāo)或文字就能對(duì)主機(jī)進(jìn)行操作穴肘，這樣就擺脫了傳統(tǒng)交互設(shè)備復(fù)雜操作，即使新手也能輕松操作整個(gè)設(shè)備舔痕。因此梢褐，既減少了對(duì)操作人員的要求，也提高了工作效率赵讯。本文采用PLC盈咳、觸摸屏及相關(guān)輔助電路設(shè)計(jì)了一種綜合電器測(cè)試臺(tái)。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
　　2.1系統(tǒng)概述
　　該繼電器測(cè)試臺(tái)采用歐姆龍CPM2A型號(hào)PLC作為控制單元边翼、ET500系列觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互淳某，測(cè)試普通繼電器、接觸器徽七、過(guò)流繼電器馍上、接地繼電器的吸合電壓（電流）、釋放電壓（電流）及電磁（電子）式時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間等參數(shù)蛹柔。圖1給出其硬件結(jié)構(gòu)框圖哑暮。
　　

　　PLC通過(guò)I/O捕獲繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，通過(guò)擴(kuò)展模擬I/O模塊記錄待測(cè)繼電器動(dòng)作時(shí)的電壓（電流）值电尖。同時(shí)奕碑，PLC把檢測(cè)到的繼電器狀態(tài)和動(dòng)作信號(hào)送人觸摸屏顯示，并對(duì)各種故障報(bào)警等勺帜。
　　2.2測(cè)試原理
　　測(cè)試前根據(jù)待測(cè)繼電器型號(hào)及類型通過(guò)觸摸屏設(shè)定參數(shù)脆号，測(cè)試開(kāi)始后可選擇自動(dòng)、人工方式通過(guò)PLC控制增（減）電壓（電流）晤哩，待達(dá)到待測(cè)繼電器吸合電壓（電流）寝话、釋放電壓（電流）后，動(dòng)合接點(diǎn)（銜鐵）動(dòng)作侈净，PLC記錄此時(shí)的電壓（電流）值或和接點(diǎn)傳喚時(shí)間存入內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)尊勿，待測(cè)試完畢后通過(guò)觸摸屏顯示并打印。
　　由于測(cè)試對(duì)象包括直流或交流繼電器畜侦，電子式或電磁式繼電器元扔。電子式又包括共陰或共陽(yáng)型拼弃。因此，該測(cè)試臺(tái)在設(shè)計(jì)中滿足了各種型號(hào)摇展、類型繼電器的測(cè)試需求吻氧，其原理如圖2所示。系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)展單元的4～20 mA模擬量控制信號(hào)選擇直流或交流電源咏连。

　　在測(cè)試時(shí)間繼電器時(shí)盯孙，被測(cè)的是額定電壓下繼電器的動(dòng)作延時(shí)時(shí)間或釋放延時(shí)時(shí)間∷畹危考慮到繼電器線圈電壓從0 V加至額定值需要一定時(shí)間振惰，這會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。所以該測(cè)試臺(tái)采用在電源輸出端加上一個(gè)固體繼電器（SSR）垄懂，圖2所示的是使系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別延時(shí)類型骑晶。開(kāi)始測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓為設(shè)定的線圈額定電壓秋衡，然后通過(guò)SSR切斷輸出電壓梁促，等待6 s使線圈兩端電壓降為0 V，然后再觸發(fā)SSR使之導(dǎo)通挑卫，此時(shí)設(shè)定額定電壓直接輸出到時(shí)間繼電器線圈猛屋，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。
　　當(dāng)操作人員在測(cè)試前選擇電磁或電子式時(shí)贩普，測(cè)試臺(tái)根據(jù)觸摸屏傳來(lái)的參數(shù)自動(dòng)切換輔助繼電器J10的觸點(diǎn)位置颗手，以完成類型的自動(dòng)識(shí)別。圖2中J10觸點(diǎn)向上構(gòu)成電子式測(cè)量電路連接研脸，J11為電子式繼電器的負(fù)載繼電器;J10觸點(diǎn)向下構(gòu)成電磁式測(cè)量電路連接叨连。在選擇電子式的同時(shí)還要選擇被測(cè)繼電器為共陰還是共陽(yáng)極，測(cè)試臺(tái)中采用輔助繼電器J12的自動(dòng)切換來(lái)完成共陰和共陽(yáng)極的切換或怜，觸點(diǎn)向右構(gòu)成共陰極矛唤，向左構(gòu)成共陽(yáng)極。
3 軟件部分設(shè)計(jì)
　　繼電器測(cè)試臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC控制軟件和觸摸屏組態(tài)軟件兩部分鸿挠。由于歐姆龍CPM2A中增加了一個(gè)內(nèi)置的RS232連接器醇舶，PLC無(wú)需配置專用的通訊模塊就能方便地與外部設(shè)備進(jìn)行通信，所以通過(guò)觸摸屏與PLC之間的RS232傳輸就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信功能宋梧，點(diǎn)擊觸摸屏向PLC發(fā)出各種控制信號(hào)，PLC接到觸摸屏發(fā)出的指令信號(hào)后執(zhí)行運(yùn)算與控制任務(wù)狰挡。
　　3.1 PLC控制軟件
　　PLC作為控制單元捂龄，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。通過(guò)接收開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入加叁，經(jīng)處理后輸出開(kāi)關(guān)量和模擬量去控制繼電器的動(dòng)作倦沧。PLC控制軟件主要由初始化模塊唇撬、狀態(tài)檢測(cè)模塊、控制模塊展融、通信模塊和故障處理模塊組成窖认，如圖3所示。

　　初始化模塊用于測(cè)試電流告希、電壓扑浸、時(shí)間和日期的初始化，以及所測(cè)繼電器類型的選擇燕偶。狀態(tài)檢測(cè)模塊用于各組成部分的狀態(tài)檢測(cè)和顯示喝噪，并通知故障處理模塊進(jìn)行故障處理。通信模塊用于接收觸摸屏傳來(lái)的參數(shù)信息摆螟，實(shí)現(xiàn)與PLC的通信期第。控制模塊用于電流蒜恶、電壓調(diào)節(jié)和人工調(diào)節(jié)舌必。
　　3.1.1狀態(tài)檢測(cè)
　　狀態(tài)模塊主要是檢測(cè)繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。由于觸點(diǎn)的物理特性车崔。動(dòng)觸點(diǎn)在吸合接觸靜觸點(diǎn)的瞬間往往會(huì)先吸合既蛙，再以微小的幅值彈開(kāi)后再次吸合。針對(duì)這樣的"抖動(dòng)"豆蝠，傳統(tǒng)測(cè)試裝置因靈敏度太差蓖社，而對(duì)測(cè)試結(jié)果不會(huì)造成影響;然而，該測(cè)試臺(tái)因采用PLC檢測(cè)觸點(diǎn)接觸赛羡，雖然僅僅是不到0.01s衍止，但是PLC會(huì)因捕捉到這樣的"抖動(dòng)"而誤認(rèn)為觸點(diǎn)吸合了兩次或更多次，以致測(cè)量無(wú)法正常進(jìn)行词祝。因此园担，在軟件設(shè)計(jì)中采取了防抖功能，如圖4所示枯夜。接點(diǎn)不動(dòng)作時(shí)定時(shí)器002計(jì)時(shí)開(kāi)始弯汰，20 ms后輸出為"1"。當(dāng)接點(diǎn)閉合或斷開(kāi)瞬間湖雹，輔助繼電器20.09或20.10接通一個(gè)掃描周期咏闪，高速計(jì)數(shù)器002開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到后輔助繼電器20.12接通一個(gè)掃描周期摔吏，表示繼電器狀態(tài)已可靠轉(zhuǎn)換鸽嫂。

　　3.1.2輸出控制
　　在測(cè)試中，當(dāng)需要對(duì)線圈兩端升（降）電壓（電流）時(shí)征讲，為防止電壓（電流）上升過(guò)快而造成測(cè)量誤差較大的問(wèn)題据某，通過(guò)PLC發(fā)出0.2 s的定時(shí)脈沖橡娄。在PLC發(fā)出每個(gè)脈沖的同時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行增減，步長(zhǎng)為0.1 V癣籽。但是有時(shí)需要快速增加輸出挽唉，操作人員可以選擇手動(dòng)輸出方式，長(zhǎng)按時(shí)間2 s以上觸摸屏上輸出增按鈕筷狼。這種情況下片家，采用單位輸出增量△a為變值來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖5所示快速輸出增量圖棕优〗傻铮可見(jiàn)，第n-1次輸出增量為an-1佣虑，第n次輸出增量為△an叁乍，控制輸出增量△a使△an=an-1+1，使每相同時(shí)間△t內(nèi)的輸出增量遞增弧定，就可實(shí)現(xiàn)輸出值a的快速增加则沃。人工輸出快速減少時(shí)其原理一樣。

　　3.1.3故障處理
　　測(cè)試過(guò)程中有異常情況時(shí)锡跺，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)操作章迎。例如，在測(cè)量繼電器的吸合電壓時(shí)渴甜，假如繼電器線圈斷線焚寂。根據(jù)常識(shí)在這種情況下無(wú)論系統(tǒng)怎么增加電壓，觸點(diǎn)都不會(huì)吸合顶猜，繼電器都不會(huì)動(dòng)作沧奴。因此，當(dāng)系統(tǒng)加壓到一定值后繼電器如果還未動(dòng)作长窄，系統(tǒng)即認(rèn)為繼電器損壞滔吠，結(jié)束測(cè)量，彈出錯(cuò)誤報(bào)告挠日。還有其他異常情況疮绷，諸如打印時(shí)未接打印機(jī)、調(diào)壓模塊故障等嚣潜。
　　3.2觸摸屏組態(tài)
　　觸摸屏界面由支持軟件設(shè)計(jì)冬骚、編譯，然后從支持工具下載到觸摸屏即可使用郑原。觸摸屏與PLC之間通過(guò)RS232通信電纜進(jìn)行連接唉韭。由PLC對(duì)觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)，以達(dá)到兩者之間的信息交互犯犁。觸摸屏的組態(tài)是在EasyBuilder組態(tài)軟件下完成属愤。根據(jù)綜合電器測(cè)試臺(tái)的要求，設(shè)計(jì)了初始界面口迟、測(cè)試主控界面岗命、電壓測(cè)試界面、電流測(cè)試界面保蒲、接地繼電器測(cè)試界面品救、電磁式時(shí)間繼電器測(cè)試界面、電子式時(shí)間繼電器測(cè)試界面和手動(dòng)輸出界面共8個(gè)人機(jī)交互界面贼卿。
　　圖6所示為測(cè)試主控界面他景。其過(guò)程為是先完成測(cè)試界面各個(gè)窗口、按鈕的布局;其次為了使觸摸屏和PLC能夠正常通信彬率，還要對(duì)測(cè)試界面的各個(gè)子窗口托足、按鈕和輸入?yún)^(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。設(shè)置完成后對(duì)其編譯署隔，編譯通過(guò)后就可通過(guò)RS232通信電纜將組態(tài)信息下載至觸摸屏中妒穷，這樣觸摸屏和PLC的通信就建立起來(lái)了。然后贿妹，運(yùn)行組態(tài)軟件橡舟，操作人員用手觸控這些輸入?yún)^(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將彈出數(shù)字字母鍵盤芯急，如圖7信息輸入鍵盤所示勺届。在該界面可以輸入設(shè)備名稱、規(guī)格型號(hào)娶耍、產(chǎn)品編號(hào)免姿、操作員代號(hào)、上車號(hào)伺绽、下車號(hào)等信息养泡。根據(jù)需要測(cè)試的項(xiàng)目觸控界面中相應(yīng)的按鈕進(jìn)入相應(yīng)的測(cè)試操作界面。

4 結(jié)語(yǔ)
　　該設(shè)計(jì)的繼電器電器測(cè)試臺(tái)已經(jīng)投入使用奈应，運(yùn)行結(jié)果證明澜掩，基于PLC和觸摸屏控制的綜合電器測(cè)試臺(tái)的工作效率較傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備有大幅度提高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定杖挣。具有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）觸摸屏人機(jī)界面上設(shè)置的各種按鈕肩榕、開(kāi)關(guān)、信號(hào)顯示燈惩妇、儀表等都是實(shí)物的替代品株汉，觸控壽命長(zhǎng)，大大提高了電器測(cè)試的可靠性撤掀。（2）觸摸屏與PLC的連接通訊是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的狱槽，不占用PLC的I/O點(diǎn)涨给，只需要小型的PLC即可滿足測(cè)試臺(tái)的生產(chǎn)，節(jié)省了成本屿帕。（3）檢測(cè)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)試方式念肆，且安全性高。（4）系統(tǒng)的程序接口簡(jiǎn)單盗晓，用戶能夠很方便地進(jìn)行系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)徊疆，配置靈活，適應(yīng)客戶要求津霜，保證了整體系統(tǒng)的靈活性和可伸縮性棉莹。

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繼電器安全維修

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