PLC在制造業產品自動化檢驗中的應用

羅云山

（廣東省粵東商貿技工學校，廣東 梅州 514031）

0 引言

產品質量檢測是產品生產和管理過程中一個十分重要的環節，之前一直采取的是人工檢測配合繼電器控制的方法，不僅需要很多硬連接電器，而且可靠性及效率較低。而現在采用PLC進行質量控制的控制方式，在很大程度上提高了控制系統的可靠性及工作效率，為產品質量提供了可靠性保障。本文主要闡述利用PLC檢測石油裝備制造業之中的油田井下管桿柱制造過程中的檢測方法。該方法優勢在于電路結構簡單，成本較低，可靠性及靈活性較高，并在其他產品質量檢測控制方面均可適用。

1 PLC選型以及控制要求

目前國內外眾多PLC廠家生產有各種類型的PLC，其系列標準不同，功能不一，價格懸殊，因此在選擇PLC的過程中，需要對性價比進行綜合性考量，選擇功能齊全、可靠性高、負載能力滿足需求且成本符合預算的產品。本文針對產品自動化檢測的實際需要，結合檢測控制系統輸入及輸出點數的要求，選用日本OMRON公司的可編程邏輯控制器CPM1A-20CD。

制造業的產品自動化檢測實際上是一種基于數據的邏輯控制。PLC接收來自傳感器的相關數據，如尺寸、形狀、表面質量等，通過對這些數據的分析、控制，實現對產品質量檢驗的控制。

2 PLC系統設計方案

2.1 系統結構設計

本文的PLC網絡系統主要由安裝在操作臺以及保護柜處的2個互相獨立的PLC子系統構成，分別稱為操作PLC和保護PLC，借助二芯電纜對兩者進行連接，構成一個MPI網絡。操作PLC和上位機之間通信的實現借助CP340模塊，如圖1所示。

圖1 PLC網絡系統結構示意圖

安裝在操作臺的操作PLC主要包括電源模塊、CPU模塊、輸出模塊、輸入模塊以及通信模塊等5大部分，除了輸出模塊數量為3個之外，其余4大模塊均只有1個。3個輸出模塊的輸出地址分別為 Q0.0～Q0.7、Q1.0～Q1.7、Q4.0～Q4.7、Q5.0～Q5.7以及Q8.0～Q8.7、Q9.0～Q9.7，分別包括16個輸出端子；輸入模塊的地址為 I12.0～I12.7、I13.0～I13.7、I14.0～I14.7、I15.0～I15.7，輸入端子數量為32個，通信模塊對應的地址為320～335，共 16位。

操作PLC主要具備以下功能：對外來的輸入信號進行接收，此處的外來輸入信號主要指傳感器信號、操作臺面板上的選擇開關信號、來自于保護PLC的信號、按鈕信號以及上位機所發出的信號等，并以擬定邏輯控制操作臺面板指示燈狀態為主要依據，向保護PLC發送相應的輸出信號，最終全部的信號將會傳輸到上位機系統。在PLC和上位機進行正常通信的過程中，需要將操作臺中的ZJ5、ZJ6以及ZJ14等繼電器予以關閉，確保其不發揮作用；在PLC和上位機正常通信被中斷的情況下，再將這些繼電器開啟，使其接點信號輸入PLC，取代來自于上位機的信號。

2.2 系統硬件配置

按照生產廠家的檢測標準，產品的檢測包括了靜態檢測和動態監測2個方面，為確保這2種檢測及試驗功能要求的順利實現，相應的輸入口和輸出口應分別是12個點和10個點，因此，選擇型號為CMP1A-30CD的檢測設備，該設備的I/O單元中，停止啟動選擇的是常閉按鈕，試驗選擇的是常開按鈕，輸出選擇的是24 V直流繼電器。

為了盡可能地減少輸入口的數量，同時將成本有效控制在最低限度范圍內，該系統的運行及實驗功能的轉換選擇的是I/O模塊連線，并對其進行優化并聯設計，經過優化之后，1個輸入節點完全可以發揮2個輸入節點的功效，這樣便可以確保PLC在2種不同的方式下開展相應工作的功能的實現。

當系統處于正常的運行狀態下，運行及試驗功能轉換旋轉按鈕S與1～3觸點接通，此時所有的試驗按鈕均不發揮任何作用，并向PLC輸入端傳輸檢測所需要的控制反饋信號；當系統處于試驗狀態情況下，運行及試驗功能轉換旋轉按鈕S與1～2觸點接通，此時所有的檢測控制輸入信號也并不發揮任何作用，所以位置控制信號可以借助對應的試驗按鈕來加以取代，并向PLC輸入端傳輸吸納后，對動作程序是否合理進行檢測，與此同時還需要確定是否有進行維修的必要。對應于2種控制方式的信號被一起傳輸到節點，使PLC使用效率得到明顯提升。

為了對油田井下管桿柱制造質量進行有效的動態監測，在油田井下管桿柱內部植入RFID電子標簽（圖2），通過對RFID無線射頻傳感器傳來的數據進行分析，判斷其與數據庫中正常數據或設計圖之間的差異，若差異在正常的范圍之內，則判定其合格，PLC向流水線發布指令，準許該產品進入下一工序，否則不予放行，根據其出現的問題進行返工或者作廢品處理。

圖2 RFID電子標簽植入油田井下管桿柱示意圖

電子標簽植入油田井下管桿柱，不僅生產線上的分段加工取決于RFID標簽的信息，而且使電子標簽充當了井下管桿柱的移動信息載體，可以RFID無線射頻技術為理論依托開發相應的信息化管理系統，從而實現油田井下管桿柱（工具）的信息化管理，為這些產品從入庫、倉儲、發料、檢定，到下井、服役、修理、報廢的所有環節提供有效的信息化監控手段。

動態監測和靜態檢測存在一定的不同，關鍵在于檢測時間與數據庫的調用。為了滿足系統的實際需求，在本設計方案中并沒有使用可編程邏輯控制器內部定時器，為了對測試時間設定予以有效控制，本方案在面板上安裝了可調數顯定時器，這樣可以確保系統達到較為優越的控制應用靈活性。為了最大限度地降低操作難度，選擇了停止按鈕的常閉狀態，為確保控制回路通斷的順利實現，安裝了可編程邏輯控制器0000端控制內部中間繼電器。在控制器油田井下管桿柱工序位置檢測方面，利用的是點接觸式檢測控制器，并與可編程邏輯控制器輸入端口相對應，這樣系統就能夠探知下一個產品進入檢測區的時間，從而為其做好準備。進行試驗的過程中，需要對轉換開關進行調整，使其處于試驗位置狀態，以便對相應的輸入信號狀態進行模擬，順利進行輸出檢查控制。

3 結語

利用可編程邏輯控制器對石油裝備制造業之中的油田井下管桿柱制造過程進行質量檢測，電路結構簡單，成本較低，在很大程度上提高了控制系統的自控性能，可靠性及靈活性較高，在產品質量檢測系統控制方面均可適用，因此值得推廣。

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