基于PLC控制的自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析

邢玲玲

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

電氣自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行過程中由于振動(dòng)幅度比較大，且運(yùn)行工作量較大，運(yùn)行過程中受到化學(xué)、電、熱等因素影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種故障，其中包括設(shè)備金屬零件松動(dòng)、設(shè)備金屬零件老化以及設(shè)備金屬零件失效等，大部分故障都是因電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件本身存在的缺陷導(dǎo)致，因此金屬部件的內(nèi)部缺陷為電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行埋下故障隱患，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響到設(shè)備生產(chǎn)效率，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件檢測(cè)分析成為設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行有效手段[1]。用于電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件檢測(cè)分析方法主要有遠(yuǎn)紅外檢測(cè)分析方法、基于人工智能的檢測(cè)分析方法、基于數(shù)學(xué)模型的檢測(cè)分析方法等，這些方法在電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析中取得了一定的應(yīng)用成果。但是隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)其金屬零件檢測(cè)分析也提出了更高的要求，傳統(tǒng)方法在實(shí)際應(yīng)用中無法識(shí)別到設(shè)備金屬零件暴露程度較小的缺陷，識(shí)別效率、精度、查全率較低，并且經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)查、誤查現(xiàn)象，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析需求，為此提出基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析[2]。PLC控制系統(tǒng)具備編程簡單、通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、圖像顯示以及智能化數(shù)據(jù)信息處理等功能，在各個(gè)領(lǐng)域中常被用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、系統(tǒng)的監(jiān)控，此次將其引用到電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析中，形成一種新的分析方法，保障電氣自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

1 基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析方法

1.1 電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件信息采集

電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件信息采集是對(duì)其檢測(cè)分析的基礎(chǔ)工作，PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控程序中具備的診斷功能，利用這一功能對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，以及時(shí)找出金屬零件缺陷點(diǎn)位置，從而快速更換零件恢復(fù)電氣自動(dòng)化設(shè)備的正常運(yùn)行。

電氣自動(dòng)化設(shè)備完成一套生產(chǎn)任務(wù)需要一定的時(shí)間，正常情況下電氣自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)周期時(shí)間是不會(huì)發(fā)生變化的，如果沒有在特定的時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)任務(wù)，說明電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件可能出現(xiàn)缺陷，因此選擇其運(yùn)行時(shí)間參數(shù)作為檢測(cè)分析金屬部件缺陷的信息之一[3]。當(dāng)電氣自動(dòng)化設(shè)備開始運(yùn)行時(shí)，利用PLC控制系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)裝置，設(shè)置定時(shí)裝置比正常電氣自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)所需時(shí)間長0.2%～0.5%，將定時(shí)器發(fā)出的輸出信號(hào)作為金屬部件缺陷檢測(cè)的報(bào)警、顯示及自動(dòng)停機(jī)裝置的輸入信號(hào)。當(dāng)電氣自動(dòng)化設(shè)備的某項(xiàng)生產(chǎn)步驟超出了規(guī)定范圍，定時(shí)器裝置的預(yù)設(shè)時(shí)間還未達(dá)到時(shí)，定時(shí)器將發(fā)出故障信號(hào)[4]。通過該信號(hào)可暫停正在運(yùn)行過程中的工作循環(huán)程序，并同時(shí)啟動(dòng)PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行報(bào)警和顯示程序。其次，在電氣自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，設(shè)備金屬部件的各項(xiàng)輸入、輸出信號(hào)都存在著相互的邏輯關(guān)系。因此當(dāng)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件出現(xiàn)問題時(shí)，設(shè)備原有的正常邏輯關(guān)系會(huì)受到破壞，進(jìn)而產(chǎn)生異常邏輯關(guān)系，所以將金屬部件邏輯錯(cuò)誤作為PLC控制系統(tǒng)采集信息之一。將可能出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的程序添加到PLC控制系統(tǒng)用戶程序當(dāng)中，當(dāng)邏輯關(guān)系正常時(shí)，PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)顯示為“1”，當(dāng)錯(cuò)誤的邏輯關(guān)系出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)顯示為“-1”，此時(shí)PLC控制系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤邏輯進(jìn)行記錄，并保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件信息采集。

1.2 電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障信息層次劃分

PLC控制系統(tǒng)采集到金屬零件信息后，通過對(duì)其數(shù)據(jù)庫信息調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障信息層次劃分。在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域，用于對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件缺陷狀態(tài)存儲(chǔ)。

根據(jù)設(shè)備金屬零件缺陷的主要表現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)對(duì)金屬零件缺陷信息的層次劃分為三個(gè)等級(jí)：第一等級(jí)為金屬部件失效、第二等級(jí)為金屬部件老化、第三等級(jí)為金屬部件不完整，其中包括出現(xiàn)裂紋、砂眼、空洞等。

第一等級(jí)金屬零件故障必定會(huì)導(dǎo)致電氣自動(dòng)化設(shè)備停產(chǎn)，其原因是第二等級(jí)與第三等級(jí)故障導(dǎo)致的，因此假設(shè)在電氣自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行過程中，金屬部件存在第一等級(jí)故障，在PLC控制系統(tǒng)中用以下公式描述：

公式（1）中，p為電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件第一等級(jí)故障；m1,m2,…,mk為引發(fā)第一等級(jí)故障的第二等級(jí)故障；v1,v2,…,vk為引發(fā)金屬零件出現(xiàn)第二等級(jí)故障的第三等級(jí)故障；k表示為電氣自動(dòng)化設(shè)備中所有金屬部件數(shù)量[5]。根據(jù)以上公式建立電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障函數(shù)，在PLC控制系統(tǒng)中表示如下：

公式（2）中，f (p)表示為第一等級(jí)故障函數(shù)；α為PLC控制系統(tǒng)采集到的邏輯關(guān)系，-1或者1；V表示PLC控制系統(tǒng)采集到的電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行周期時(shí)間。通過上述公式計(jì)算可判斷電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件出現(xiàn)的故障等級(jí)。

1.3 實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障檢測(cè)分析

實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障等級(jí)劃分后，PLC控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行具體分析，其過程如下：將PLC控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口狀態(tài)值讀取到程序當(dāng)中，對(duì)不同的故障類型設(shè)置對(duì)應(yīng)的編號(hào)，將金屬零件失效編號(hào)為&1；金屬零件老化編號(hào)為&2；金屬零件出現(xiàn)裂紋編號(hào)為&3；金屬部件內(nèi)部有砂眼編號(hào)為&4；金屬零件出現(xiàn)空洞編號(hào)為&5，依次類推[6]。這種映射關(guān)系與PLC控制系統(tǒng)終端的刷新時(shí)間可通過人為進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)定刷新時(shí)間為30s，將電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障信號(hào)映射到各個(gè)連續(xù)的分區(qū)當(dāng)中，再對(duì)計(jì)算機(jī)接口中的數(shù)值一次性讀取，得到公式（2）的故障函數(shù)，若函數(shù)計(jì)算結(jié)果為1，則將金屬零件序號(hào)取出，并與對(duì)應(yīng)故障編號(hào)對(duì)比，并將檢測(cè)分析結(jié)果通過在顯示屏顯示，并在電氣自動(dòng)化設(shè)備各個(gè)金屬部件周圍安裝紅色二極管，利用紅色二極管顯示出對(duì)應(yīng)的編號(hào)，當(dāng)分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，開關(guān)閉合，二極管開始發(fā)光，并對(duì)故障問題報(bào)警。然后根據(jù)顯示信息及時(shí)更換出現(xiàn)故障的金屬零件，保證電氣自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選取十個(gè)不同型號(hào)、不同種類的電氣自動(dòng)化設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，設(shè)備金屬零件數(shù)量以此為15個(gè)、32個(gè)、35個(gè)、38個(gè)、40個(gè)、43個(gè)、46個(gè)、52個(gè)、56個(gè)、65個(gè)，設(shè)備當(dāng)中均存在不同程度、不同數(shù)量的故障金屬零件。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用到的PLC控制系統(tǒng)通用網(wǎng)關(guān)接口采用CGI，數(shù)據(jù)庫采用ODBC數(shù)據(jù)庫，采用GHJF PowerEdge G220服務(wù)器，Windows8操作系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)的檢測(cè)周期為25s。運(yùn)用此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件進(jìn)行檢測(cè)分析，實(shí)驗(yàn)過程中所有的數(shù)據(jù)、代碼源以及運(yùn)行結(jié)果都托管在軟件KUBN上，對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)將設(shè)計(jì)方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 兩種方法查全率對(duì)比

從上表可以看出，此次設(shè)計(jì)方法對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件故障的查全率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法，并且在誤差與檢測(cè)時(shí)間方面也優(yōu)于傳統(tǒng)方法，實(shí)驗(yàn)證明了此次設(shè)計(jì)方法能夠滿足電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析精度需求。

3 結(jié)束語

此次對(duì)基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬零件檢測(cè)分析進(jìn)行了研究，在一定程度上保證了電氣自動(dòng)化設(shè)備安全運(yùn)行，提高了電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件檢測(cè)分析精度和效率，并且對(duì)PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)方面的應(yīng)用具有一定的推廣作用和促進(jìn)作用，也對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備金屬部件檢測(cè)分析研究具有良好的借鑒意義。由于此次研究時(shí)間有限，個(gè)人能力有所欠缺，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但在研究內(nèi)容上還存在一些不足之處，今后仍會(huì)對(duì)該課題進(jìn)行進(jìn)一步研究。