摘 要：本文介紹了輕軌精整銑鉆床PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)采用PLC代替原有繼電器等器件，提高了電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)增加了自動(dòng)控制功能和故障診斷功能。從而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)際生產(chǎn)表明該控制系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。 關(guān)鍵詞：PLC ; 控制系統(tǒng) ; 故障診斷 [b][align=center]PLC intelligent control system for rail-machining Lou Guohuan , Zeng Xiuli , Wang Jianmin , Hou baowen[/align][/b] Abstract: This paper introduces the realization method of the PLC intelligent control system for the rail-machining with milling and drill machine. In this system, relays are replaced by the PLC, stabilities and reliabilities are improved and automatic control and fault diagnosis function are added. So that, the working intensity is reduced , product qualities and productivities are increased. Practice shows this system has run well and good results have been obtained. Key words: PLC; control system ; fault diagnosis 1.引言 　　唐山鋼鐵公司中型廠(chǎng)是生產(chǎn)型鋼的企業(yè)，原有4套鉆、銑床設(shè)備，用于輕軌精整。其電氣控制系統(tǒng)采用繼電器及接觸器構(gòu)成，控制手段比較落后，控制效果完全取決于操作工經(jīng)驗(yàn)和精神狀態(tài)，各道工序間連貫性差，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，故障率較高且維修困難，影響了生產(chǎn)效率。因此，有必要進(jìn)行技術(shù)改造。PLC控制具有可靠性高、柔性好、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于機(jī)床控制和故障自診斷系統(tǒng)，可以大大減少繼電器等元器件的數(shù)量，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而,用PLC控制系統(tǒng)替代體積大、投資大、耗能大的繼電器是電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。鑒于上述原因，我們利用PLC技術(shù)對(duì)原有電氣系統(tǒng)進(jìn)行了全面技術(shù)改造。 2.系統(tǒng)功能 　　輕軌精整PLC智能控制系統(tǒng)包含銑床和鉆床控制，實(shí)現(xiàn)的基本功能如下： 　　（1） 切換功能：可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)控制的切換。在通常情況下使用自動(dòng)檔，當(dāng)需要檢修或調(diào)試的時(shí)候，切換到手動(dòng)檔。 　　（2） 自動(dòng)報(bào)警功能：發(fā)生異常情況，可隨時(shí)報(bào)警。當(dāng)夾緊頭快下、動(dòng)力頭快進(jìn)、動(dòng)力頭工進(jìn)以及動(dòng)力頭快退四個(gè)部分中任何一段出現(xiàn)異常情況時(shí)，與之相應(yīng)的聲光報(bào)警就會(huì)動(dòng)作，讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員迅速采取措施，避免或減少事故所造成的損失。 　�。�3） 自動(dòng)記憶功能：配有“停車(chē)”及“繼續(xù)運(yùn)行”按鈕。當(dāng)工作過(guò)程中出現(xiàn)某些問(wèn)題需要暫停運(yùn)行時(shí)，按下“停車(chē)”按鈕后，機(jī)床停止運(yùn)行，各部分均停留在原處不動(dòng)。再按下“繼續(xù)運(yùn)行”按鈕，則機(jī)床繼續(xù)運(yùn)行。 　�。�4） 緊急停車(chē)復(fù)位功能：配備有“緊急停車(chē)復(fù)位”按鈕。當(dāng)在工作過(guò)程中發(fā)生異常，或中途突然停電后恢復(fù)時(shí)，按下此按鈕使機(jī)床各部件回到加工前的初始狀態(tài)。 　　為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行智能判斷，進(jìn)行相應(yīng)的控制。同時(shí)考慮到PLC的運(yùn)算功能的限制，需要加入故障診斷模塊，并進(jìn)行相應(yīng)的顯示。 3. 系統(tǒng)組成 　　PLC選用三菱公司的FX2N系列可編程序控制器實(shí)現(xiàn)[1]，由可編程序控制器構(gòu)成的輕軌精整智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： [align=center] 圖1. 輕軌精整智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　該系統(tǒng)有輸入、控制運(yùn)算和輸出三大部分組成。 　　1）輸入部分包括操作按鈕和信號(hào)檢測(cè)兩部分。 　　a.操作按鈕用來(lái)人工設(shè)置參數(shù)或進(jìn)行手動(dòng)操作，處理緊急情況。 　　b.信號(hào)檢測(cè)是由傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)上機(jī)床的工作情況，一旦出現(xiàn)異常情況，馬上報(bào)警提示操作者，以進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，如緊急停機(jī)處理等，從而避免事故的發(fā)生。 　　2）控制運(yùn)算部分 　　控制運(yùn)算部分主要由PLC來(lái)完成，由控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件來(lái)完成信號(hào)的輸入、處理、控制輸出的主要功能。 　　3）輸出部分包括報(bào)警裝置、輸送和動(dòng)力裝置、固定裝置 　　a.報(bào)警裝置由閃爍的紅、黃、綠三種顏色燈和報(bào)警鈴聲構(gòu)成，三種顏色分別對(duì)應(yīng)三種不同報(bào)警級(jí)別。綠色表示系統(tǒng)正常，黃色表示系統(tǒng)參數(shù)超范圍，但仍能工作，需要進(jìn)行處理;紅色報(bào)警并伴隨報(bào)警聲音，必須緊急停機(jī)處理。 　　b.輸送裝置由PLC輸出的信號(hào)控制主電路，給電機(jī)發(fā)送指令，讓其自動(dòng)完成原料的傳送與動(dòng)力傳送。 　　c.液壓裝置是固定裝置，由PLC控制器給定的信號(hào)，經(jīng)電磁閥控制液壓設(shè)備，將原料固定在某一位置，為原料加工服務(wù)。 4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　4.1 PLC軟件設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題 　　利用梯形圖編制控制程序，在 PLC軟件設(shè)計(jì)中要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： 　�。�1） 強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)先原則：在銑床軟件設(shè)計(jì)中，只要控制信號(hào)中有強(qiáng)電關(guān)斷的信號(hào)，則不管其它信號(hào)如何都要關(guān)斷強(qiáng)電。如圖2所示，只要關(guān)斷信號(hào)XO2=1，則中間繼電器 M100 都要被關(guān)斷。 （2） 動(dòng)作互鎖原則：有些控制不能同時(shí)動(dòng)作，就要進(jìn)行互鎖。如主軸正、反轉(zhuǎn)控制，圖 3為主軸互鎖控制示意圖，任何一個(gè)回路啟動(dòng)后必須同時(shí)關(guān)斷另一 個(gè)回路，從而保證兩者不能同時(shí)動(dòng)作。 [align=center] 圖2 圖3[/align] 　�。�3） 順序聯(lián)鎖控制原則：即有些控制要求次序不能顛倒，這就要求前一個(gè)動(dòng)作常開(kāi)觸點(diǎn)串在下一個(gè)控制動(dòng)作中，同時(shí)將后一個(gè)動(dòng)作中的常閉觸點(diǎn)串在上一動(dòng)作的控制回路中，如圖4 所示。 [align=center] 圖4[/align] 　　總之，影響PLC控制系統(tǒng)的因素很多，只要我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到各方面因素，就可避免出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)的運(yùn)行就會(huì)更加穩(wěn)定 [2] 。 　　4.2 PLC基本控制程序設(shè)計(jì) 　　具體銑床控制功能框圖如圖5所示,鉆床控制功能與之類(lèi)似。 [align=center] 圖5. 銑床控制順序功能框圖[/align] 　　4.3 故障診斷模塊的程序設(shè)計(jì) 　　對(duì)于PLC系統(tǒng)，由于內(nèi)存資源有限，復(fù)雜的智能診斷難于實(shí)現(xiàn)，為此加入了故障診斷智能模塊，該模塊以單片機(jī)為基礎(chǔ)，采用C51編程，可方便實(shí)現(xiàn)各種控制算法。 　　采用故障樹(shù)推理與專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)規(guī)則推理相結(jié)合的方法，利用智能模塊的I/O功能及內(nèi)部信息進(jìn)行故障診斷。[3][4] 　�。�1） 故障結(jié)構(gòu)分析 　　在進(jìn)行故障診斷設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)，利用這種層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障診斷部分的設(shè)計(jì)。圖6為系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)。 [align=center] 圖6. 故障層次結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　（2）程序設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個(gè)合理的層次模型。在進(jìn)行系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到故障結(jié)構(gòu)的層次，合理安排邏輯流程。在引入故障輸入點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)： 　　a. 必須將系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測(cè)點(diǎn)引入PLC，這主要是從系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行考慮，以便系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)行故障處理; 　　b. 應(yīng)在系統(tǒng)允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障檢測(cè)信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù)。 5.結(jié)束語(yǔ) 　　經(jīng)過(guò)在線(xiàn)調(diào)試和工業(yè)試驗(yàn)運(yùn)行階段后，該控制系統(tǒng)已于2004年正式投入運(yùn)行,運(yùn)行以來(lái)，效果良好,實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的控制功能要求，克服了繼電器、接觸器控制帶來(lái)的局限，避免了原控制系統(tǒng)輔助元件多、故障率高、工作噪聲大、控制方式單一、維護(hù)困難等問(wèn)題。手動(dòng)與自動(dòng)切換方便，抗干擾能力強(qiáng)，適合鋼廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)的惡劣的工作環(huán)境,且易于計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：將PLC和單片機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)了用于輕軌精整鉆、銑床設(shè)備的控制系統(tǒng)，并使之具有故障診斷和報(bào)警功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 王鳴進(jìn).FX2N可編程控制器在2×12532t門(mén)式起重機(jī)中的應(yīng)用.青海電力,2002.4:52-54 　　[2] 廖京盛，陳重霖，李楨. 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