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唐山钢铁公司中型厂是生产型钢的企业，原有4套钻、铣床设备，用于轻轨精整。其电气控制采用继电器及器构成，控制手段比较落后，控制效果完全取决于操作工和精神状态，各道工序间连贯性差，费时又费力，故障率较高且困难，影响了生产效率。因此，有必要进行技术改造。PLC控制具有可靠性高、柔性好、周期短等优点，特别适合于机床控制和故障自诊断，可以大大继电器等元器件的数量，电气控制的性和可靠性，从而,用PLC控制替代体积大、投资大、耗能大的继电器是电气控制发展的趋势。鉴于上述原因，我们利用PLC技术对原有电气进行了技术改造。

 

2.功能

　　

　　轻轨精整PLC智能控制包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：

　　

　　（1） 切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。

　　（2） 自动功能：发生异常情况，可随时。当头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光就会，让现场工作人员迅速采取措施，避免或事故所造成的损失。

　　（3） 自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。

　　（4） 紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。

　　

　　为实现上述功能，需要对运行进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。

 

3. 组成

　　

　　PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现[1]，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制结构如下：

 

 

图1. 轻轨精整智能控制结构图

　　

　　该有输入、控制运算和输出三大部分组成。

　　

　　1）输入部分包括操作按钮和检测两部分。

　　

　　a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。

　　

　　b.检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。

　　

　　2）控制运算部分

　　

　　控制运算部分主要由PLC来完成，由控制的应用来完成的输入、处理、控制输出的主要功能。

　　

　　3）输出部分包括装置、输送和动力装置、固定装置

　　

　　a.装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和构成，三种颜色分别对应三种不同级别。绿色表示正常，表示参数范围，但仍能工作，需要进行处理;红色并伴随声音，必须紧急停机处理。

　　

　　b.输送装置由PLC输出的控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。

　　

　　c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。

 

4.设计

　　

4.1 PLC设计考虑的问题

　　

　　利用梯形图编制控制程序，在 PLC设计中要考虑以下几个问题：

　　

　　（1） 强电关断优先原则：在铣床设计中，只要控制中有强电关断的，则不管其它如何都要关断强电。如图2所示，只要关断XO2=1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 互锁原则：有些控制不能同时，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，图 3为主轴互锁控制示意图，任何一个回路启动后必须同时关断另一 个回路，从而保证两者不能同时。

 

 

图2

 

 

图3

　　

　　（3） 顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个常开触点串在下一个控制中，同时将后一个中的常闭触点串在上一的控制回路中，如图4 所示。

 

 

图4

　　

　　之，影响PLC控制的因素很多，只要我们在设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制的运行就会更加 [2] 。

　　

4.2 PLC基本控制程序设计

　　

　　具体铣床控制功能框图如图5所示,钻床控制功能与之类似。

 

 

图5. 铣床控制顺序功能框图

　　

4.3 故障诊断模块的程序设计

　　

　　对于PLC，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。

　　

　　采用故障树推理与*规则推理相结合的，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。[3][4]

　　

（1） 故障结构分析

　　

　　在进行故障诊断设计时，首先必须对整个可能发生的故障进行分析，的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为的故障层次结构。

 

 

图6. 故障层次结构框图

　　

（2）程序设计

　　

　　故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：

　　

　　a. 必须将所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从的可靠运行考虑，以便能及时进行故障处理;

　　

　　b. 应在允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便更多的故障检测信息为的故障自诊断提供服务。

 

5.结束语

　　

　　经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制已于2004年正式投入运行,运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、器控制带来的局限，避免了原控制辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制单一、困难等问题。手动与自动切换方便，抗能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作,且易于计算机通讯，实现网络监控。

　　

　　本文作者创新点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制，并使之具有故障诊断和功能，结构简单，操作方便。

 

6ES7390-5AA00-0AA0使用 上海赞国竭诚为您服务 :黄章海 五、应用多媒体计算机辅助教学　　在上海交通大学包头材料研究支持下，与包头当地民营企业合作，于2017年8月在包头稀土高新区注册成立，是“5N高纯氧化铝项目”的成果转化实施主体。该项目是上海交通大学包头材料研究投资大的中试孵化项目。
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