羅云山

（廣東省粵東商貿(mào)技工學(xué)校，廣東 梅州 514031）

0 引言

產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)是產(chǎn)品生產(chǎn)和管理過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，之前一直采取的是人工檢測(cè)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(xiàn)在采用PLC進(jìn)行質(zhì)量控制的控制方式，在很大程度上提高了控制系統(tǒng)的可靠性及工作效率，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了可靠性保障。本文主要闡述利用PLC檢測(cè)石油裝備制造業(yè)之中的油田井下管桿柱制造過程中的檢測(cè)方法。該方法優(yōu)勢(shì)在于電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可靠性及靈活性較高，并在其他產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)控制方面均可適用。

1 PLC選型以及控制要求

目前國(guó)內(nèi)外眾多PLC廠家生產(chǎn)有各種類型的PLC，其系列標(biāo)準(zhǔn)不同，功能不一，價(jià)格懸殊，因此在選擇PLC的過程中，需要對(duì)性價(jià)比進(jìn)行綜合性考量，選擇功能齊全、可靠性高、負(fù)載能力滿足需求且成本符合預(yù)算的產(chǎn)品。本文針對(duì)產(chǎn)品自動(dòng)化檢測(cè)的實(shí)際需要，結(jié)合檢測(cè)控制系統(tǒng)輸入及輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選用日本OMRON公司的可編程邏輯控制器CPM1A-20CD。

制造業(yè)的產(chǎn)品自動(dòng)化檢測(cè)實(shí)際上是一種基于數(shù)據(jù)的邏輯控制。PLC接收來自傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，如尺寸、形狀、表面質(zhì)量等，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析、控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的控制。

2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由安裝在操作臺(tái)以及保護(hù)柜處的2個(gè)互相獨(dú)立的PLC子系統(tǒng)構(gòu)成，分別稱為操作PLC和保護(hù)PLC，借助二芯電纜對(duì)兩者進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)。操作PLC和上位機(jī)之間通信的實(shí)現(xiàn)借助CP340模塊，如圖1所示。

圖1 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

安裝在操作臺(tái)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(shù)量為3個(gè)之外，其余4大模塊均只有1個(gè)。3個(gè)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(gè)輸出端子；輸入模塊的地址為 I12.0～I(xiàn)12.7、I13.0～I(xiàn)13.7、I14.0～I(xiàn)14.7、I15.0～I(xiàn)15.7，輸入端子數(shù)量為32個(gè)，通信模塊對(duì)應(yīng)的地址為320～335，共 16位。

操作PLC主要具備以下功能：對(duì)外來的輸入信號(hào)進(jìn)行接收，此處的外來輸入信號(hào)主要指?jìng)鞲衅餍盘?hào)、操作臺(tái)面板上的選擇開關(guān)信號(hào)、來自于保護(hù)PLC的信號(hào)、按鈕信號(hào)以及上位機(jī)所發(fā)出的信號(hào)等，并以擬定邏輯控制操作臺(tái)面板指示燈狀態(tài)為主要依據(jù)，向保護(hù)PLC發(fā)送相應(yīng)的輸出信號(hào)，最終全部的信號(hào)將會(huì)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)。在PLC和上位機(jī)進(jìn)行正常通信的過程中，需要將操作臺(tái)中的ZJ5、ZJ6以及ZJ14等繼電器予以關(guān)閉，確保其不發(fā)揮作用；在PLC和上位機(jī)正常通信被中斷的情況下，再將這些繼電器開啟，使其接點(diǎn)信號(hào)輸入PLC，取代來自于上位機(jī)的信號(hào)。

2.2 系統(tǒng)硬件配置

按照生產(chǎn)廠家的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的檢測(cè)包括了靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)2個(gè)方面，為確保這2種檢測(cè)及試驗(yàn)功能要求的順利實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的輸入口和輸出口應(yīng)分別是12個(gè)點(diǎn)和10個(gè)點(diǎn)，因此，選擇型號(hào)為CMP1A-30CD的檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備的I/O單元中，停止啟動(dòng)選擇的是常閉按鈕，試驗(yàn)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(shù)量，同時(shí)將成本有效控制在最低限度范圍內(nèi)，該系統(tǒng)的運(yùn)行及實(shí)驗(yàn)功能的轉(zhuǎn)換選擇的是I/O模塊連線，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化并聯(lián)設(shè)計(jì)，經(jīng)過優(yōu)化之后，1個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)完全可以發(fā)揮2個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)的功效，這樣便可以確保PLC在2種不同的方式下開展相應(yīng)工作的功能的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)系統(tǒng)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)行及試驗(yàn)功能轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)按鈕S與1～3觸點(diǎn)接通，此時(shí)所有的試驗(yàn)按鈕均不發(fā)揮任何作用，并向PLC輸入端傳輸檢測(cè)所需要的控制反饋信號(hào)；當(dāng)系統(tǒng)處于試驗(yàn)狀態(tài)情況下，運(yùn)行及試驗(yàn)功能轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)按鈕S與1～2觸點(diǎn)接通，此時(shí)所有的檢測(cè)控制輸入信號(hào)也并不發(fā)揮任何作用，所以位置控制信號(hào)可以借助對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)按鈕來加以取代，并向PLC輸入端傳輸吸納后，對(duì)動(dòng)作程序是否合理進(jìn)行檢測(cè)，與此同時(shí)還需要確定是否有進(jìn)行維修的必要。對(duì)應(yīng)于2種控制方式的信號(hào)被一起傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)，使PLC使用效率得到明顯提升。

為了對(duì)油田井下管桿柱制造質(zhì)量進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在油田井下管桿柱內(nèi)部植入RFID電子標(biāo)簽（圖2），通過對(duì)RFID無線射頻傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其與數(shù)據(jù)庫(kù)中正常數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)圖之間的差異，若差異在正常的范圍之內(nèi)，則判定其合格，PLC向流水線發(fā)布指令，準(zhǔn)許該產(chǎn)品進(jìn)入下一工序，否則不予放行，根據(jù)其出現(xiàn)的問題進(jìn)行返工或者作廢品處理。

圖2 RFID電子標(biāo)簽植入油田井下管桿柱示意圖

電子標(biāo)簽植入油田井下管桿柱，不僅生產(chǎn)線上的分段加工取決于RFID標(biāo)簽的信息，而且使電子標(biāo)簽充當(dāng)了井下管桿柱的移動(dòng)信息載體，可以RFID無線射頻技術(shù)為理論依托開發(fā)相應(yīng)的信息化管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)油田井下管桿柱（工具）的信息化管理，為這些產(chǎn)品從入庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)、發(fā)料、檢定，到下井、服役、修理、報(bào)廢的所有環(huán)節(jié)提供有效的信息化監(jiān)控手段。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和靜態(tài)檢測(cè)存在一定的不同，關(guān)鍵在于檢測(cè)時(shí)間與數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用。為了滿足系統(tǒng)的實(shí)際需求，在本設(shè)計(jì)方案中并沒有使用可編程邏輯控制器內(nèi)部定時(shí)器，為了對(duì)測(cè)試時(shí)間設(shè)定予以有效控制，本方案在面板上安裝了可調(diào)數(shù)顯定時(shí)器，這樣可以確保系統(tǒng)達(dá)到較為優(yōu)越的控制應(yīng)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(tài)，為確?？刂苹芈吠〝嗟捻樌麑?shí)現(xiàn)，安裝了可編程邏輯控制器0000端控制內(nèi)部中間繼電器。在控制器油田井下管桿柱工序位置檢測(cè)方面，利用的是點(diǎn)接觸式檢測(cè)控制器，并與可編程邏輯控制器輸入端口相對(duì)應(yīng)，這樣系統(tǒng)就能夠探知下一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的時(shí)間，從而為其做好準(zhǔn)備。進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，需要對(duì)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，使其處于試驗(yàn)位置狀態(tài)，以便對(duì)相應(yīng)的輸入信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行模擬，順利進(jìn)行輸出檢查控制。

3 結(jié)語(yǔ)

利用可編程邏輯控制器對(duì)石油裝備制造業(yè)之中的油田井下管桿柱制造過程進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，在很大程度上提高了控制系統(tǒng)的自控性能，可靠性及靈活性較高，在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)控制方面均可適用，因此值得推廣。

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