郭紹鵬，李靳東

(洛陽軸研科技股份有限公司 試驗(yàn)技術(shù)開發(fā)部，河南 洛陽 471039)

軸承試驗(yàn)機(jī)中開關(guān)量控制是電氣控制的最基礎(chǔ)單元，是測控參數(shù)(載荷、溫度、位移等)穩(wěn)定可靠測量的關(guān)鍵。在試驗(yàn)機(jī)設(shè)備中引入PLC技術(shù)，可使某些執(zhí)行單元更加簡化，提高系統(tǒng)的可靠性。

1 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)控制方式原理如圖1所示，圖1a中包括1個兩位開關(guān)，12個帶燈按鈕(6個常開，6個常閉)，由于6組電動機(jī)的控制方式完全一致，在此只以加載電動機(jī)為例進(jìn)行介紹。每個電動機(jī)都有自動、手動兩種控制方式。自動方式時，計(jì)算機(jī)通過I/O輸出卡控制功率輸出板相應(yīng)的端口來控制接觸器線圈的帶電狀態(tài)，啟動停止指示燈根據(jù)線圈帶電狀態(tài)呈現(xiàn)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(diǎn)吸合，常閉觸點(diǎn)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(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)吸合，停止燈亮，啟動燈滅。這種傳統(tǒng)控制模式多年來一直應(yīng)用在各種強(qiáng)電控制中，其可靠性良好，但接線比較繁瑣，出現(xiàn)故障以后，維護(hù)比較麻煩，在規(guī)模不大的強(qiáng)電控制系統(tǒng)中仍有較多使用。

圖1 傳統(tǒng)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(shù)字量I/O點(diǎn),可連接7個擴(kuò)展模塊擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間；6個獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器；2路獨(dú)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(xié)議、 MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力等特點(diǎn)，可用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)和更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力， 更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可適用于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)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(tǒng)的12個帶燈按鈕減少為6個，自動和手動狀態(tài)的強(qiáng)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(shù)字量輸入點(diǎn)1，通過狀態(tài)按鈕傳至PLC數(shù)字輸入點(diǎn)2，PLC數(shù)字輸入地(數(shù)字輸入單元的信號地，與數(shù)字輸入點(diǎn)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(diǎn)1是否有高電平來確定自動、手動狀態(tài)。手動狀態(tài)時PLC通過檢測數(shù)字輸出口的現(xiàn)有狀態(tài)和輸入點(diǎn)2是否有上升沿來復(fù)位或置位數(shù)字輸出口，從而控制接觸器線圈是否帶電；自動狀態(tài)時PLC接受計(jì)算機(jī)傳來的狀態(tài)標(biāo)記然后直接傳至PLC數(shù)字輸出口，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)控制端口的目的。

圖2 PLC控制方式原理

2.3 PLC內(nèi)部編程

PLC程序結(jié)構(gòu)執(zhí)行方式為順序執(zhí)行，無條件循環(huán)，中斷階躍執(zhí)行返回。執(zhí)行周期可以由編程器設(shè)定，最小為1 ms，最大65 536 ms，設(shè)定周期時要充分考慮到程序執(zhí)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(zhí)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(shù)報警觸發(fā)與復(fù)位，順序聯(lián)動控制等其他操作，所有程序都執(zhí)行一遍大約需要24 ms，因此將執(zhí)行周期設(shè)置為55 ms，可保證程序可靠執(zhí)行，且不會被新周期覆蓋。

圖3所示為PLC程序強(qiáng)電控制子程序中加載電動機(jī)的控制梯形圖，其他電動機(jī)控制方式與加載電動機(jī)相同。在PLC控制模式中，電動機(jī)的啟、停不論自動還是手動均由PLC進(jìn)行控制，因此核心控制部分在PLC內(nèi)部。程序中SM0.0是特殊寄存器標(biāo)志位，PLC上電后始終為1，I0.1對應(yīng)手動、自動開關(guān)的輸入點(diǎn)；I0.2對應(yīng)啟動狀態(tài)按鈕的輸入點(diǎn)；Q0.1對應(yīng)PLC控制加載電動機(jī)接觸器線圈的端口；V204.1為PLC內(nèi)部寄存器標(biāo)志位，通過485通信接收計(jì)算機(jī)傳來的信號標(biāo)志，將該位置位或復(fù)位從而控制加載電機(jī)啟動、停止。程序運(yùn)行時，先檢測I0.1是否上電，上電了則進(jìn)入手動狀態(tài)，未上電進(jìn)入自動狀態(tài)，手動狀態(tài)時檢測I0.2是否有上升沿輸入(按一下狀態(tài)按鈕會產(chǎn)生一個上升沿)，每一個上升沿會使Q0.1的狀態(tài)取反，自動狀態(tài)時計(jì)算機(jī)把標(biāo)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(jī)的啟、停。

圖3 PLC編程梯形圖

2.4 PLC與計(jì)算機(jī)通信

S7-200型PLC模塊集成2個RS485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力，在實(shí)際應(yīng)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(jì)算機(jī)通信口相連，作為計(jì)算機(jī)程序向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送接收數(shù)用。S7-200型PLC模塊內(nèi)部集成了Modbus串行通信協(xié)議，無需編程，只需進(jìn)行一個簡單的初始化(包括波特率，字節(jié)長度，開始位，停止位，奇偶校驗(yàn)位，起始內(nèi)存地址設(shè)定，內(nèi)存大小設(shè)定，一次接受最大字符數(shù)，接收發(fā)送延遲時間設(shè)定)，便可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行正常的通信。圖4為PLC通信梯形圖，圖中SM0.1為PLC內(nèi)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?yàn)橹芷谛詿o條件循環(huán)，借助SM0.1標(biāo)志位，PLC在上電第一個周期進(jìn)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(xié)議，該協(xié)議操作簡單，可靠性強(qiáng)，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(xié)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(yīng)用，適合需要保密時使用，但要求編程人員對通信協(xié)議要制定得盡可能完善可靠，執(zhí)行效率要高。

圖4 PLC通信梯形圖

3 結(jié)束語

通過兩種方式對試驗(yàn)機(jī)開關(guān)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(jié)構(gòu)大大簡化；PLC內(nèi)部具有數(shù)字輸入點(diǎn)防擾動處理，現(xiàn)場干擾信號不會對PLC開關(guān)量的觸發(fā)形成任何干擾。因此，使控制性能更加穩(wěn)定，并且不論手動還是自動都是弱電控制強(qiáng)電，更安全、可靠。