摘 要：本文介紹了輕軌精整銑鉆床PLC控制系統的實現方法。該系統采用PLC代替原有繼電器等器件，提高了電氣控制系統的穩定性和可靠性，同時增加了自動控制功能和故障診斷功能。從而減輕了勞動強度，提高了產品質量和生產效率，實際生產表明該控制系統運行效果良好。 關鍵詞：PLC ; 控制系統 ; 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型鋼的企業，原有4套鉆、銑床設備，用于輕軌精整。其電氣控制系統采用繼電器及接觸器構成，控制手段比較落后，控制效果完全取決于操作工經驗和精神狀態，各道工序間連貫性差，費時又費力，故障率較高且維修困難，影響了生產效率。因此，有必要進行技術改造。PLC控制具有可靠性高、柔性好、開發周期短等優點，特別適合于機床控制和故障自診斷系統，可以大大減少繼電器等元器件的數量，提高電氣控制系統的穩定性和可靠性，從而,用PLC控制系統替代體積大、投資大、耗能大的繼電器是電氣控制系統發展的趨勢。鑒于上述原因，我們利用PLC技術對原有電氣系統進行了全面技術改造。 2.系統功能 　　輕軌精整PLC智能控制系統包含銑床和鉆床控制，實現的基本功能如下： 　　（1） 切換功能：可實現手動與自動控制的切換。在通常情況下使用自動檔，當需要檢修或調試的時候，切換到手動檔。 　　（2） 自動報警功能：發生異常情況，可隨時報警。當夾緊頭快下、動力頭快進、動力頭工進以及動力頭快退四個部分中任何一段出現異常情況時，與之相應的聲光報警就會動作，讓現場工作人員迅速采取措施，避免或減少事故所造成的損失。 　　（3） 自動記憶功能：配有“停車”及“繼續運行”按鈕。當工作過程中出現某些問題需要暫停運行時，按下“停車”按鈕后，機床停止運行，各部分均停留在原處不動。再按下“繼續運行”按鈕，則機床繼續運行。 　　（4） 緊急停車復位功能：配備有“緊急停車復位”按鈕。當在工作過程中發生異常，或中途突然停電后恢復時，按下此按鈕使機床各部件回到加工前的初始狀態。 　　為實現上述功能，需要對運行過程進行智能判斷，進行相應的控制。同時考慮到PLC的運算功能的限制，需要加入故障診斷模塊，并進行相應的顯示。 3. 系統組成 　　PLC選用三菱公司的FX2N系列可編程序控制器實現[1]，由可編程序控制器構成的輕軌精整智能控制系統結構如下： [align=center] 圖1. 輕軌精整智能控制系統結構圖[/align] 　　該系統有輸入、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置參數或進行手動操作，處理緊急情況。 　　b.信號檢測是由傳感器自動監測生產線上機床的工作情況，一旦出現異常情況，馬上報警提示操作者，以進行相應的故障處理，如緊急停機處理等，從而避免事故的發生。 　　2）控制運算部分 　　控制運算部分主要由PLC來完成，由控制系統的應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成，三種顏色分別對應三種不同報警級別。綠色表示系統正常，黃色表示系統參數超范圍，但仍能工作，需要進行處理;紅色報警并伴隨報警聲音，必須緊急停機處理。 　　b.輸送裝置由PLC輸出的信號控制主電路，給電機發送指令，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，經電磁閥控制液壓設備，將原料固定在某一位置，為原料加工服務。 4.系統軟件設計 　　4.1 PLC軟件設計考慮的問題 　　利用梯形圖編制控制程序，在 PLC軟件設計中要考慮以下幾個問題： 　　（1） 強電關斷優先原則：在銑床軟件設計中，只要控制信號中有強電關斷的信號，則不管其它信號如何都要關斷強電。如圖2所示，只要關斷信號XO2=1，則中間繼電器 M100 都要被關斷。 （2） 動作互鎖原則：有些控制不能同時動作，就要進行互鎖。如主軸正、反轉控制，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控制系統的因素很多，只要我們在軟件設計時充分考慮到各方面因素，就可避免出現故障，控制系統的運行就會更加穩定 [2] 。 　　4.2 PLC基本控制程序設計 　　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計 　　對于PLC系統，由于內存資源有限，復雜的智能診斷難于實現，為此加入了故障診斷智能模塊，該模塊以單片機為基礎，采用C51編程，可方便實現各種控制算法。 　　采用故障樹推理與專家經驗規則推理相結合的方法，利用智能模塊的I/O功能及內部信息進行故障診斷。[3][4] 　　（1） 故障結構分析 　　在進行故障診斷設計時，首先必須對整個系統可能發生的故障進行分析，得到系統的故障層次結構，利用這種層次結構進行故障診斷部分的設計。圖6為系統的故障層次結構。 [align=center] 圖6. 故障層次結構框圖[/align] 　　（2）程序設計 　　系統故障結構的層次性為故障診斷提供了一個合理的層次模型。在進行系統的程序設計時，應充分考慮到故障結構的層次，合理安排邏輯流程。在引入故障輸入點時應注意兩點： 　　a. 必須將系統所有可能引起故障的檢測點引入PLC，這主要是從系統的安全可靠運行考慮，以便系統能及時進行故障處理; 　　b. 應在系統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的故障自診斷提供服務。 5.結束語 　　經過在線調試和工業試驗運行階段后，該控制系統已于2004年正式投入運行,運行以來，效果良好,實現了預定的控制功能要求，克服了繼電器、接觸器控制帶來的局限，避免了原控制系統輔助元件多、故障率高、工作噪聲大、控制方式單一、維護困難等問題。手動與自動切換方便，抗干擾能力強，適合鋼廠生產線的惡劣的工作環境,且易于計算機通訊，實現網絡監控。 　　本文作者創新點：將PLC和單片機結合，設計了用于輕軌精整鉆、銑床設備的控制系統，并使之具有故障診斷和報警功能，系統結構簡單，操作方便。 參考文獻 　　[1] 王鳴進.FX2N可編程控制器在2×12532t門式起重機中的應用.青海電力,2002.4:52-54 　　[2] 廖京盛，陳重霖，李楨. PLC在自動貨物提升機中的設計與應用.微計算機信息.2004.Vol.20（9）:1-3 　　[3] 熊幸明.PLC控制系統的可靠性設計.自動化與儀表,2004（4）.80-82 　　[4] 靳廣亮等. 可編程序控制器在機床控制系統改造中的應用. 水利電力機械,1999.2:21-24