基于PLC的輕軌精整控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用分析

1.引言
　　唐山鋼鐵公司中型廠是生產(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：
　?。?） 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。
　?。?） 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)場工作人員迅速采取措施，避免或減少事故所造成的損失。
　?。?） 自動(dòng)記憶功能：配有“停車”及“繼續(xù)運(yùn)行”按鈕。當(dāng)工作過程中出現(xiàn)某些問題需要暫停運(yùn)行時(shí)，按下“停車”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。
　?。?） 緊急停車復(fù)位功能：配備有“緊急停車復(fù)位”按鈕。當(dāng)在工作過程中發(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：

圖1. 輕軌精整智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　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)檢測兩部分。
　　a.操作按鈕用來人工設(shè)置參數(shù)或進(jìn)行手動(dòng)操作，處理緊急情況。
　　b.信號(hào)檢測是由傳感器自動(dòng)監(jiān)測生產(chǎn)線上機(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來完成，由控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件來完成信號(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)問題：
　?。?） 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。

圖2

圖3