尹湘安

中國水利水電第八工程局有限公司，貴州貴陽 550008

本文主要以建筑工程施工中所應(yīng)用到的可連續(xù)工作的土方開挖機為例，進行了PLC 在工程機械上的應(yīng)用分析。由于土方開挖機始終工作在條件惡劣的環(huán)境中，且單次作業(yè)的持續(xù)時間非常的長，這就使得在傳統(tǒng)人工操作中其性能得不到最大程度的發(fā)揮，而將PLC 應(yīng)用其中，通過提高土方開挖機的自動化水平，能夠在很大程度上提升其性能。

1 土方開挖機的控制功能概述

該土方開挖機所必須具備的幾項基本控制功能應(yīng)當包括挖掘鏈右擺控制、挖掘鏈左擺控制，挖掘鏈下降控制、挖掘鏈上升控制，翻轉(zhuǎn)架下放控制、翻轉(zhuǎn)架上升控制，浮動控制，手動與自動模式切換控制，挖坑與挖壕選項控制，以及轉(zhuǎn)向、換擋、急停等十六項基本控制功能。在該文中，還要將無線控制回路應(yīng)用其中，實現(xiàn)車內(nèi)控制與車外遙控控制均能用作土方開挖機操控。

1.1 土方開挖機車上控制回路

要依據(jù)土方開挖機車內(nèi)的傳感器信號輸入以及電位器信號輸入，來對開挖機進行動作控制，該動作應(yīng)當包括行駛動作以及專業(yè)作業(yè)動作兩個方面。在按照預先制定的任務(wù)完成開外作業(yè)時，還要針對過程中可能出現(xiàn)的異常、失誤進行警報提醒，并做出相應(yīng)的彌補處理，比如中斷操作。除了這些作業(yè)動作控制，還應(yīng)當有換擋、轉(zhuǎn)向、油門調(diào)節(jié)、制動等控制能力。

1.2 土方開挖機無線遙控回路

以遙控的方式實現(xiàn)對土方開挖機的控制，要將控制信號發(fā)送至PLC，通過PLC 來做出進一步的控制；同時，PLC 還要將與開挖機狀態(tài)相關(guān)的主要數(shù)據(jù)發(fā)送給遙控控制器，并實現(xiàn)即時同步，這樣才能夠保證開挖機的狀態(tài)始終處于操作人員的控制之下。在使用遙控器對開挖機進行操作控制的時候，控制器還應(yīng)當針對控制命令給出合理性提示，再者就是當開挖機在作業(yè)過程當中出現(xiàn)異常情況時，也應(yīng)當發(fā)出警報，并提供相應(yīng)的決策建議。

2 土方開挖機PLC 應(yīng)用的技術(shù)實施方案

從預先規(guī)劃的土方開挖機基本控制功能來分析，在此控制系統(tǒng)中所關(guān)系到的對象包括有油門遙控執(zhí)行裝置、變量泵、電磁閥、液力變速箱、報警燈以及轉(zhuǎn)向遙控執(zhí)行裝置等。在這些所有的裝置配件中，屬于模擬量輸入信號的有油門遙控執(zhí)行裝置、變量泵以及轉(zhuǎn)向遙控執(zhí)行裝置總的來說，要在土方開挖機上實現(xiàn)PLC 控制，要實現(xiàn)對10 項模擬量輸入與輸出控制，以及38 項數(shù)字量輸入與輸出控制，加之編程過程較為復雜，所以要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的要求較高。為實現(xiàn)該系統(tǒng)，本文對土方開挖機選用了MIEMENS S7-200 的226 型PLC 控制器，為了滿足系統(tǒng)中對所有信號的輸入/輸出控制，還選用了EM223、EM232 各一個，以及EM235 兩個。

3 土方開挖機PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 土方開挖機PLC 初始化系統(tǒng)的實現(xiàn)

當PLC 控制系統(tǒng)通電后，其首先應(yīng)當完成的一項工作內(nèi)容便是初始化。整個PLC 控制系統(tǒng)的初始化由兩個部分組成，分別是自檢階段以及遙控狀態(tài)初始。

第一，系統(tǒng)自檢。系統(tǒng)自檢的主要工作內(nèi)容是，當土方開挖機的外部運行條件不適宜，或是系統(tǒng)自身存在異常，便立即給出提示并暫掛或終止程序執(zhí)行，提供相應(yīng)的處理建議。如果是PLC 系統(tǒng)自身有異常而導致自檢無法通過，一般都是由于上電不正常、擴展模塊不存在等問題造成的；外部原因的話可能性較多，總之可能導致開挖機作業(yè)發(fā)生意外，且能夠被檢測到的因素均能算在其中；

第二，遙控狀態(tài)位的初始化。在該初始化過程當中，主要包括了遙控狀態(tài)以及主要自由端口設(shè)置兩個部分的內(nèi)容。本文土方開挖機PLC 系統(tǒng)采用了RS485 進行指令接收，所以要針對性的進行參數(shù)設(shè)置、選擇，比如波特率以及端口號等等。在進行遙控狀態(tài)初始化的時候，首先要將寄存器內(nèi)上次控制后保存下來的狀態(tài)值清除，然后調(diào)整到預先設(shè)定的初始化狀態(tài)。

3.2 土方開挖機PLC 控制系統(tǒng)的車上控制

要在土方開挖機車上進行PLC 系統(tǒng)控制，主要是依據(jù)控制面板上的開挖機的作業(yè)狀態(tài)來執(zhí)行，它可以分為人工操作與自動操作兩種模式，人工操作應(yīng)當進行適時的變化調(diào)整，自動操作則是通過預先設(shè)定工作模式、轉(zhuǎn)速以及時間等參數(shù)來完成。

3.3 土方開挖機PLC 控制系統(tǒng)的遙控控制

第一，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，但是在時長4s 內(nèi)不能接收到來自控制器的相關(guān)信號，則應(yīng)當立即停止運作，所有作業(yè)動作終止，一切狀態(tài)掛起；第二，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，且接收到了相關(guān)的信號，首先要對信號指令做出預先的有效性驗證以及合理性判斷，一方面是判斷信號指令是否合法，另一方面判斷操作是否會造成異?；蚴鞘鹿实龋⒏鶕?jù)判斷結(jié)果來選擇執(zhí)行與否；第三，為防止由于丟失數(shù)據(jù)而產(chǎn)生遙控中斷現(xiàn)象，控制系統(tǒng)中采用了一問三答的情況?？刂葡到y(tǒng)每收到一次遙控器發(fā)出的指令，做 3 次應(yīng)答，返回車輛的當前工作狀態(tài)，每次返回應(yīng)答間隔 0.4s。整個控制系統(tǒng)軟件采用了模塊化程序設(shè)計方法。模塊化的程序設(shè)計方法，是 PLC 程序設(shè)計最有效、最基本的方法。程序結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的基本任務(wù)是以模塊化程序結(jié)構(gòu)為前提，以系統(tǒng)功能要求為依據(jù)，按照相對獨立的原則，系統(tǒng)設(shè)計了 1 個主控程序、15 個子模塊和 2 個中斷模塊（響應(yīng)遙控信號）。

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