PLC在軸承試驗機開關量控制中的應用

郭紹鵬，李靳東

(洛陽軸研科技股份有限公司 試驗技術開發部，河南 洛陽 471039)

軸承試驗機中開關量控制是電氣控制的最基礎單元，是測控參數(載荷、溫度、位移等)穩定可靠測量的關鍵。在試驗機設備中引入PLC技術，可使某些執行單元更加簡化，提高系統的可靠性。

1 傳統控制方式

傳統控制方式原理如圖1所示，圖1a中包括1個兩位開關，12個帶燈按鈕(6個常開，6個常閉)，由于6組電動機的控制方式完全一致，在此只以加載電動機為例進行介紹。每個電動機都有自動、手動兩種控制方式。自動方式時，計算機通過I/O輸出卡控制功率輸出板相應的端口來控制接觸器線圈的帶電狀態，啟動停止指示燈根據線圈帶電狀態呈現亮或者滅；手動方式時，按下啟動按鈕，接觸器線圈帶電，接觸器常開觸點吸合，常閉觸點斷開，啟動燈亮，停止燈滅，按下停止按鈕，接觸器線圈斷電，常開觸點斷開，常閉觸點吸合，停止燈亮，啟動燈滅。這種傳統控制模式多年來一直應用在各種強電控制中，其可靠性良好，但接線比較繁瑣，出現故障以后，維護比較麻煩，在規模不大的強電控制系統中仍有較多使用。

圖1 傳統控制方式原理

2 PLC控制方式

2.1 S7-200型PLC模塊

S7-200型PLC模塊集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O點,可連接7個擴展模塊擴展至248路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，具有13K字節程序和數據存儲空間；6個獨立的30 kHz高速計數器；2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出；具有PID控制器； 2個RS485通信/編程口；具有PPI通信協議、 MPI通信協議和自由方式通信能力等特點，可用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點和更強的模塊擴展能力， 更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能，可適用于一些復雜的中小型控制系統中。

2.2 PLC控制方式原理

PLC控制方式原理如圖2所示，由圖可知，傳統的12個帶燈按鈕減少為6個，自動和手動狀態的強電回路完全相同。+24V電壓信號通過自動、手動切換傳至PLC的數字量輸入點1，通過狀態按鈕傳至PLC數字輸入點2，PLC數字輸入地(數字輸入單元的信號地，與數字輸入點1和2形成兩組電壓信號)接+24V信號地(M)。PLC通過檢測輸入點1是否有高電平來確定自動、手動狀態。手動狀態時PLC通過檢測數字輸出口的現有狀態和輸入點2是否有上升沿來復位或置位數字輸出口，從而控制接觸器線圈是否帶電；自動狀態時PLC接受計算機傳來的狀態標記然后直接傳至PLC數字輸出口，從而達到計算機控制端口的目的。

圖2 PLC控制方式原理

2.3 PLC內部編程

PLC程序結構執行方式為順序執行，無條件循環，中斷階躍執行返回。執行周期可以由編程器設定，最小為1 ms，最大65 536 ms，設定周期時要充分考慮到程序執行所需要的時間，必須保證主程序時間、子程序時間、中斷程序時間之和明顯小于周期時間。每條指令的執行時間通過用戶手冊都可以獲取，在本程序中由于整個PLC程序還包括參數報警觸發與復位，順序聯動控制等其他操作，所有程序都執行一遍大約需要24 ms，因此將執行周期設置為55 ms，可保證程序可靠執行，且不會被新周期覆蓋。

圖3所示為PLC程序強電控制子程序中加載電動機的控制梯形圖，其他電動機控制方式與加載電動機相同。在PLC控制模式中，電動機的啟、停不論自動還是手動均由PLC進行控制，因此核心控制部分在PLC內部。程序中SM0.0是特殊寄存器標志位，PLC上電后始終為1，I0.1對應手動、自動開關的輸入點；I0.2對應啟動狀態按鈕的輸入點；Q0.1對應PLC控制加載電動機接觸器線圈的端口；V204.1為PLC內部寄存器標志位，通過485通信接收計算機傳來的信號標志，將該位置位或復位從而控制加載電機啟動、停止。程序運行時，先檢測I0.1是否上電，上電了則進入手動狀態，未上電進入自動狀態，手動狀態時檢測I0.2是否有上升沿輸入(按一下狀態按鈕會產生一個上升沿)，每一個上升沿會使Q0.1的狀態取反，自動狀態時計算機把標志位直接傳給V204.1，然后由PLC傳給Q0.1，從而控制加載電動機的啟、停。

圖3 PLC編程梯形圖

2.4 PLC與計算機通信

S7-200型PLC模塊集成2個RS485通信/編程口，具有PPI通信協議、MPI通信協議和自由方式通信能力，在實際應用中，一個編程口與編程平臺相連作為編譯PLC程序使用，另一個編程口與計算機通信口相連，作為計算機程序向現場設備發送接收數用。S7-200型PLC模塊內部集成了Modbus串行通信協議，無需編程，只需進行一個簡單的初始化(包括波特率，字節長度，開始位，停止位，奇偶校驗位，起始內存地址設定，內存大小設定，一次接受最大字符數，接收發送延遲時間設定)，便可與計算機進行正常的通信。圖4為PLC通信梯形圖，圖中SM0.1為PLC內部特殊寄存器，在上電第一個周期為1，以后一直為0。PLC的工作時序為周期性無條件循環，借助SM0.1標志位，PLC在上電第一個周期進行有效初始化，從第二周期開始就正常與外界通信。采用Modbus串行通信協議，該協議操作簡單，可靠性強，便于移植，如果有保密方面的考慮，則可以采用自由方式通信，通信協議由編程者自己制定，因此，即使程序被外部人員非法拷貝，也無法正常應用，適合需要保密時使用，但要求編程人員對通信協議要制定得盡可能完善可靠，執行效率要高。

圖4 PLC通信梯形圖

3 結束語

通過兩種方式對試驗機開關量控制的對比，很明顯地看出用PLC控制方式使操作面板中的按鈕減少了一半；電路結構大大簡化；PLC內部具有數字輸入點防擾動處理，現場干擾信號不會對PLC開關量的觸發形成任何干擾。因此，使控制性能更加穩定，并且不論手動還是自動都是弱電控制強電，更安全、可靠。