摘 要：本文介紹了輕軌精整銑鉆床PLC控制系統(tǒng)的實現(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，同時增加了自動控制功能和故障診斷功能。從而減輕了勞動強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實際生產(chǎn)表明該控制系統(tǒng)運行效果良好。 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)驗和精神狀態(tài)，各道工序間連貫性差，費時又費力，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，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。鑒于上述原因，我們利用PLC技術(shù)對原有電氣系統(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，實現(xiàn)的基本功能如下： 　?。?） 切換功能：可實現(xiàn)手動與自動控制的切換。在通常情況下使用自動檔，當(dāng)需要檢修或調(diào)試的時候，切換到手動檔。 　?。?） 自動報警功能：發(fā)生異常情況，可隨時報警。當(dāng)夾緊頭快下、動力頭快進(jìn)、動力頭工進(jìn)以及動力頭快退四個部分中任何一段出現(xiàn)異常情況時，與之相應(yīng)的聲光報警就會動作，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。 　?。?） 自動記憶功能：配有“停車”及“繼續(xù)運行”按鈕。當(dāng)工作過程中出現(xiàn)某些問題需要暫停運行時，按下“停車”按鈕后，機(jī)床停止運行，各部分均停留在原處不動。再按下“繼續(xù)運行”按鈕，則機(jī)床繼續(xù)運行。 　?。?） 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，按下此按鈕使機(jī)床各部件回到加工前的初始狀態(tài)。 　　為實現(xiàn)上述功能，需要對運行過程進(jìn)行智能判斷，進(jìn)行相應(yīng)的控制。同時考慮到PLC的運算功能的限制，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、控制運算和輸出三大部分組成。 　　1）輸入部分包括操作按鈕和信號檢測兩部分。 　　a.操作按鈕用來人工設(shè)置參數(shù)或進(jìn)行手動操作，處理緊急情況。 　　b.信號檢測是由傳感器自動監(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）控制運算部分 　　控制運算部分主要由PLC來完成，由控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件來完成信號的輸入、處理、控制輸出的主要功能。 　　3）輸出部分包括報警裝置、輸送和動力裝置、固定裝置 　　a.報警裝置由閃爍的紅、黃、綠三種顏色燈和報警鈴聲構(gòu)成，三種顏色分別對應(yīng)三種不同報警級別。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;紅色報警并伴隨報警聲音，必須緊急停機(jī)處理。 　　b.輸送裝置由PLC輸出的信號控制主電路，給電機(jī)發(fā)送指令，讓其自動完成原料的傳送與動力傳送。 　　c.液壓裝置是固定裝置，由PLC控制器給定的信號，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 　　4.1 PLC軟件設(shè)計考慮的問題 　　利用梯形圖編制控制程序，在 PLC軟件設(shè)計中要考慮以下幾個問題： 　?。?） 強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)先原則：在銑床軟件設(shè)計中，只要控制信號中有強(qiáng)電關(guān)斷的信號，則不管其它信號如何都要關(guān)斷強(qiáng)電。如圖2所示，只要關(guān)斷信號XO2=1，則中間繼電器 M100 都要被關(guān)斷。 （2） 動作互鎖原則：有些控制不能同時動作，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，任何一個回路啟動后必須同時關(guān)斷另一 個回路，從而保證兩者不能同時動作。 [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，這就要求前一個動作常開觸點串在下一個控制動作中，同時將后一個動作中的常閉觸點串在上一動作的控制回路中，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，只要我們在軟件設(shè)計時充分考慮到各方面因素，就可避免出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)的運行就會更加穩(wěn)定 [2] 。 　　4.2 PLC基本控制程序設(shè)計 　　具體銑床控制功能框圖如圖5所示,鉆床控制功能與之類似。 [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 　　對于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，可方便實現(xiàn)各種控制算法。 　　采用故障樹推理與專家經(jīng)驗規(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] 　?。?） 故障結(jié)構(gòu)分析 　　在進(jìn)行故障診斷設(shè)計時，首先必須對整個系統(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。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] 　?。?）程序設(shè)計 　　系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個合理的層次模型。在進(jìn)行系統(tǒng)的程序設(shè)計時，應(yīng)充分考慮到故障結(jié)構(gòu)的層次，合理安排邏輯流程。在引入故障輸入點時應(yīng)注意兩點： 　　a. 必須將系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測點引入PLC，這主要是從系統(tǒng)的安全可靠運行考慮，以便系統(tǒng)能及時進(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信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù)。 5.結(jié)束語 　　經(jīng)過在線調(diào)試和工業(yè)試驗運行階段后，該控制系統(tǒng)已于2004年正式投入運行,運行以來，效果良好,實現(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)困難等問題。手動與自動切換方便，抗干擾能力強(qiáng)，適合鋼廠生產(chǎn)線的惡劣的工作環(huán)境,且易于計算機(jī)通訊，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 　　本文作者創(chuàng)新點：將PLC和單片機(jī)結(jié)合，設(shè)計了用于輕軌精整鉆、銑床設(shè)備的控制系統(tǒng)，并使之具有故障診斷和報警功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，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. PLC在自動貨物提升機(jī)中的設(shè)計與應(yīng)用.微計算機(jī)信息.2004.Vol.20（9）:1-3 　　[3] 熊幸明.PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計.自動化與儀表,2004（4）.80-82 　　[4] 靳廣亮等. 可編程序控制器在機(jī)床控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用. 水利電力機(jī)械,1999.2:21-24