甘肃省西门子模块代理商

0 引 言

抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。

本文提出了一种新的控制方法--用触摸屏和PLc（可编程逻辑控制器）实现抢答器的控制。与一般的控制方法相比，运行更加可靠，操作更加直观，更适合于高档的场合。

本文以三菱F940GOT-LwD-c型触摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路抢答器为例，介绍具体的实现方法。

l触摸屏

20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术--触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。触摸屏是一种直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作性。 触摸屏的基本原理是：用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLc的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象（代表特定的信息）的坐标相对比，从而确定输入的信息。

触摸屏系统一般包括触摸屏控制器（卡）和触摸检测装置两个部分。触摸屏控制器（卡）的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给计算机或PLC的CPU，它同时能接收cPu发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器（卡）。

触摸屏有以下5种类型：电阻式、电容式、红外线式、声波式或近场成像式。现在用得多的是电阻式触摸屏。

触摸屏有以下特点：

a）触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程。在画面中用文字或图形动态地显示PLc中开关量的状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。

b）触摸屏的按键在屏幕上的画面中。每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置有明确意义的文字或图形提示。

c）用触摸屏上的软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。

d）触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种画面。 e）为了实现触摸屏与计算机或PLc之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。在生成画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信。

f）触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和可靠性与PLC相当。

2抢答器的控制要求

设计1个4个参赛组的抢答器，主持人通过触摸屏监控比赛的进行。为了方便观众了解比赛情况，抢答器应设置必要的显示。抢答器的功能如下：

a）比赛开始之前，主持人要按一次触摸屏上的复位按钮，使所有参赛组的显示均灭。 b）比赛开始后，主持人要按一次触摸屏上的开始按钮，当开始灯（绿灯）亮之后，才允许参赛组进行抢答。

c）比赛开始后，如果参赛组在开始灯（绿灯）亮之前按下按钮进行抢答，则视为抢答违规。此时，蜂鸣器以1次/s的频率呜叫，数码管显示参赛组的序号，同时，触摸屏显示违规组号及抢答违规信号。

d）比赛开始后，如果参赛组在开始灯（绿灯）亮之后按下按钮进行抢答，数码管显示先抢到的参赛组的序号，同时，触摸屏显示答题组号及答题信号，然后主持人请此参赛组回答问题。

e）为了控制比赛时间，回答问题必须在20 s内完成，超时按错误论处。当时间进行到lO s时，红灯亮，提示抢答者"抓紧时间";当时间进行到20 s时，红灯亮，同时蜂鸣器不间断地呜叫，提示抢答者"答题超时"，同时，触摸屏显示"答题超时"信号及"答题超时"组号。

f）答对一题加10分，答错一题、答题超时或违规一次扣10分，按积分的多少论胜负。

其中，加分和减分靠现场工作人员手动翻动记分牌进行计分，其余功能靠PLc控制实现。

3抢答器的软硬件设计

根据系统的控制要求，综合控制点数，本装置选择三菱。FXOS-30MR型PLc，它特别适合于小型单机且仅需要开关量控制的普通设备。 触摸屏选用三菱F940GOT-LwD-C型图形操作终端，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型触摸屏含有两个通信接口：RS-232C接口，与装有专用画面制作软件的计算机通信（上载、下载画面）；RS一422接口，与PLC通信（通过画面实时监控PLC的运行）。

3.1触摸屏画面设计

本文中的触摸屏操作画面是用三菱公司专用的画面制作软件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLc运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与PLC中的编程软器件联系起来。

触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS-232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。

3.2 PLC硬件配置

3.2.1 PLC的I/O分析

a）输入端：主持人开始和复位按钮由触摸屏操作画面中的开始和复位触摸键代替，不占PLC的输入点；4个参赛组共4个抢答按钮，因此，PLc应该配置4个输入点。

b）输出端：采用1个共阴极的七段数码管显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLc输出端驱动，占7个输出点；再加上1个绿灯、1个红灯、1个蜂鸣器共3个负载，因此，PLC应该配置10个输出点。另外，PLC与触摸屏之间只要连接专用的通信电缆便可以。

3.2.2 PLC的I/O地址分配

1）输入地址分配：

X1：l#抢答者按钮SBl;X2：2#抢答者按钮SB2;

x3：3#抢答者按钮SB3;X4：4#抢答者按钮SB4;

2）输出地址分配：

Y0：七段数码管a段；Y1：七段数码管b段；

Y2：七段数码管c段；Y3：七段数码管d段；

Y4：七段数码管e段；Y5：七段数码管f段；

Y6：七段数码管g段；Y7：蜂鸣器HA;

Y10：绿灯L1; Y11：红灯L2。

1）设计方案

根据抢答器的控制要求和工作流程图，可知抢答器的特点是：显示先抢答者的信息，同时屏蔽后抢答者；属于顺序步进控制。因此，应该选用选择性分支结构复合循环结构的顺序功能图来编程。

2）状态继电器S分配

S0：初始状态；S10：开始状态；s11：第1组违规状态；S12：第2组违规状态；S13：第3组违规状态：s14：第4组违规状态；S15：第1组答题状态；S16：第2组答题状态；s17：第3组答题状态；s18：第4组答题状态。

3）七段数码管显示程序设计

显示"1"：输出Y1、Y2;

显示"2"：输出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6：

显示"3"：输出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6：

显示"4"：输出Y1、Y2、Y5、Y6。

4结束语

用触摸屏结和PLC实现控制，不仅可以节省PLC的I/O点、省略传统的按钮、按键和指示灯等，减少布线，提高控制系统的运行可靠性，而且可以在短时间完成友好、直观、实用的触摸屏监控画面，因此值得大力推广。

1 引言

近年来，随着社会经济的高速发展，城市化进程持续加快，生活条件的改善和生活水平的提高，市民人均污泥水排放量也不断增长，加之市容、市貌、道路、房屋等基础设施建设带来的泥渣等经雨水冲刷，大多也进入排水管道，下水道污泥沉积速度加快，清淤和污水运输的工作量剧增。由于城市建设的发展，城区地域也以惊人的速度扩大，城市生活小区越来越多，相距越来越远，相应的排水管道的长度快速增长，排水管道疏通、清淤的工作量也成倍提高。市政排水部门除了定期疏通和清淤排水管道外，还要承担由于突发原因造成的排水管道堵塞的疏通抢险任务。因此，市政部门的排水管道疏通、清淤和污泥运输工作非常繁重，任务十分艰巨。

2 国内外比较

目前国内城市排水管道污泥的取出仍然靠人工作业，采用原始的拉、刮横道污泥至检查井，再人工一匙一匙地将其挖出，然后连泥带水一起运至指定地点集中处理。这种传统型的下水道清淤工作，与建设现代化文明大都市的要求相距甚远，其弊端也是显而易见的。首先是市政工人的劳动强度大，工作条件差，工作效率低；其次是造成了路面和环境的二次污染，因为运输过程中不可避免的抛撒滴漏现象，特别是在盛夏，污泥水更是臭气熏天，而且大量污水无处可倒，集中排放又而造成污染；再次是提高了运输成本，由于抽取的大部分是污水，只有少量污泥，所以增加了污水的运输次数和相应费用。

国外发达国家在城市规划时，排水管道设计得较为宽大，人员和机械均可进入地下管道作业，污泥可直接用泵输送至污水处理厂进行集中处理。而较小管道的清淤，基本使用专用车辆，采用高压水冲穿清淤，然后再用泵将泥水吸上来后运走。该种车辆的优点是将高压冲穿和吸取泥水二项功能集于一身，其缺点是不具备泥水分离装置，其运输物也主要以水份为主，因此运输效率较低。这种车辆在日本、美国、意大利和德国等国均有生产，我国也有少量进口。但是，价格昂贵，使用费用也较大，同时须带大量清水，对于人均水资源不高的国家和地区是不适宜的，加上我国城市排水管道中介质复杂，常常含有塑料袋、木块、较大砖块等杂物，因此，该车并不适合我国城市排水管道清淤的实际情况，使用效果不够理想。

鉴于以上情况，为提高城市排水管道清淤工作的机械化程度，提高工作效率和运输效率，我公司开发了这种集检查井取泥、泥水分离为一体的市政工程专用设备，并安装在特种车辆上，填补国内这一领域的空白。这样一次污泥的运输量为十几仍至几十个窨井的污泥总量，该设备采用PLC控制技术，可实现多次工作循环，从抽污泥水到输出污泥，可自动一步完成，也可人工分步完成。

3 原理与系统设计

设备主要有检查井取泥装置、污泥水快速自动分离装置、污泥输送装置、机组拖挂系统和自动控制系统等部件组成。

3.1 原理设计

先将抽污软管放入窨井中，启动车上发动机，开启取力器，接通控制电源，真空马达抽吸污泥水时，箱内气体经阀2抽出，污泥水经阀1吸入，然后将污水箱后端抬起，同时将底部低端的污泥送往高端，再由真空马达反向操作排压污水，气体经阀2充入，污水经阀1排出，通过一次排压将污水排出水量的二分之一或三分之一，接下来将所有阀门关闭进行抽真空，达到规定真空度后，大气先由旁通阀进入箱底管道，当箱内外气压相等时，真空马达再反向操作进行爆气，大气通过管道小孔从水底爆出，使气泡带着污泥漂浮起来，快速分离出其中的水份，使污泥达到一定的浓度，这时真空马达进行二次排压，将污水全部排至下水管道，如果污泥含量太低，可循环作业数次，后将污泥输送出箱。

3.2 主要动作

该设备进出水、气的阀门管道较粗，所以设计采用电、液和电、气控制，各阀门及反馈元件的动作见附表。

（1） 抽吸污泥水

通过真空马达对污水箱进行抽真空，当箱内达到一定真空度时，下水道中的污泥水通过管道开始吸入箱内；当污水箱中的水位达到高限位时，液位传感器反馈信号停止该动作。

（2） 排压污水

当污水与泥沙第一次分离后，由真空马达反向操作对污水箱进行充气，当气压达到规定值时，气压将分离后的污水从污水箱中排压出去，当污水占箱中水量二分之一或三分之一时，液位传感器反馈信号停止该动作；当爆气结束后，再进行第二次排压污水。

（3）　抽真空

对污水箱进行抽真空处理，当箱内气压达到规定真空度时，压差传感器反馈信号停止该动作，这是为了增加爆气的效果。

（4）　爆气

在污水箱真空的情况下，对箱内水底充气，产生爆气效果，使气泡带着淤泥漂浮至水面，当箱内气压达到规定的标准时停止该动作。

（5）　输送污泥

由箱内螺旋和箱外螺杆同时工作将污泥输送出来。

3.3 系统设计

（1） 控制真空马达的开和关，完成抽吸污泥水、排压污水及抽真空、爆气的工作；

（2）　控制四通电液阀的左开、右开和断电，完成真空马达的正（抽气）、反（充气）转换的操作；

（3） 控制举升换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成污水箱后端的上升和下降工作；

（4） 控制筒盖换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成筒盖的开、关工作；

（5）　控制螺旋换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺旋输送器的正、反转工作，达到污泥的前后输送或搅拌之目的；

（6） 控制螺杆换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺杆输送器进入、退出污水箱及输出污泥的工作；

（7）　控制旁通阀的开启，可提高爆气的效率。污水箱在真空负压状态下转入爆气高压状态，需要大气快速进入箱内，如果由真空马达充入气体，那么时间既长、效果又不好，因为真空马达的转速是一定的，所以充气量就受到了限制，大气由旁通阀进入，在短时间内就能消除负压；

（8）　控制溢流阀和发动机油门的开启，完成单个或数个液压执行元件动作的工作。溢流阀和油门的开关正好相反，当单个液压执行元件动作时，开启溢流阀，同时关闭油门；当数个液压执行元件动作时，关闭溢流阀，同时开启油门；

（9）　控制气阀的开关组合，完成抽吸污泥水、排压污水和抽真空、爆气的工作。

4 控制系统硬件及软件

控制元件选用SIEMENS　CPU224和EM223，设计输入总点数为22点，输出总点数为22点，现用的可编程控制器输入总点数为30点，输出总点数为26点，能够满足设计要求。反馈元件为选用正负压差计、液位传感器、磁性传感器等所编制的程序因篇幅太长特省略。

5 难点与创新

5.1 难点

原来控制液位采用超声波传感器，现场调试发现超声波在真空及高压状态下工作不稳定，容易出现误动作，后来改用浮球液位传感器，使用效果良好。在抽吸污水、抽真空和排出污水、爆气的过程中，因为是同一管道进出污水，所不同的是四通阀的动作，左旋为抽气，则抽进污水；右旋为充气，则排压污水，所以当四通阀在排污水时发生误动作，就会出现故障，严重时会导致事故，污水进入真空泵而将其损坏，经过改进，在四通阀上加装了传感器后，避免了这一现象的发生。因为电源为车用蓄电池，故要尽量减少各阀的通电时间，同时为了使各电磁阀在工作中开关可靠，在操作中均采用双向电控，即关闭时也通电，然后通过程序延时再进行断电，这样使程序较为复杂。

5.2 创新

该设备在快速污泥水分离、防堵塞、自动控制等方面已达到国内水平和接近国外近期先进水平。

（1） 将排水管道检查井取泥、泥水快速分离有机地组合在一起，形成体积较小、效率较高的排水管道清淤流动工作站，完全适应了城市排水管道清淤面广量大的特点，，必将受到市政排水部门的欢迎。

（2） 在泥水分离方面，采用高速离心分离技术，适应了城市排水管道泥水成分复杂、易堵塞、腐蚀性强的特点，工作介质范围较宽，具有防堵塞能力，而且能自动排渣、高效分离，水份回流至排水管道，不仅对井下污泥起到冲稀作用，而且防止了清淤和运输过程中路面的二次污染，符合环保的要求。

（3） 采用PLC技术，实现了全自动控制，增加了过载保护、温升保护、故障自我诊断等控制功能，做到人工启动，自动作业，高效、安全。

（4） 集液控、气控、电控为一体，机电液气有机组合，具有一定的技术难度，已获得国家实用新型专利和国家发明专利。

6 结束语

PLC可编程控制器特别适用于小批量非标设备的自动控制，其可编程性对单位研究开发新产品尤为有用，目前在各行各业中其用途之广泛，发展之迅猛，且应用的人员众多，以至于在自动控制方面占据半壁江山，甚至可以与电子控制、数字控制相媲美，这可能是开发其软硬件的技术人员所始料未及的。

城市下水道污泥水分离设备在市政部门具有广阔的发展前景，为减轻工人劳动强度，提高工作效率提供了价廉物美的产品，而PLC技术在市政机械上的成功应用，使其具有了自动化程度高，工作性能可靠等特点，完全可以用来替代国外同类产品，为进一步提升国内市政机械的档次奠定了基础。