基于PLC控制的機(jī)電一體化設(shè)備的安裝與調(diào)試

劉紅，曾學(xué)淑

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，云南 昆明 650203）

PLC是為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)融為一體的控制裝置。因PLC控制可靠性高、體積小和編程簡(jiǎn)單、安裝維修方便、接線少這些優(yōu)點(diǎn)，企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中都廣泛使用PLC技術(shù)。所以PLC技術(shù)在整個(gè)機(jī)電設(shè)備中有著重要作用，為了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)基于PLC控制機(jī)電設(shè)備進(jìn)行安裝和調(diào)試也是必然選擇。

1 PLC機(jī)電控制系統(tǒng)原理

計(jì)算機(jī)技術(shù)現(xiàn)在得到極大發(fā)展，但是在工作環(huán)境惡劣的工廠，在抗干擾和可靠性這些方面都沒(méi)有得到良好的效果。PLC以其自己優(yōu)秀的性能在工業(yè)控制上得到廣泛使用。要想調(diào)試好PLC控制下的機(jī)電設(shè)備，一定要認(rèn)真了解PLC的基本原理，現(xiàn)在從控制結(jié)構(gòu)入手詳細(xì)論述。

PLC控制結(jié)構(gòu)上主要有輸入輸出模塊、獨(dú)立電源、編程軟件、PLC/PC聯(lián)接、編程器、PLC這些部分。這些部分通過(guò)有機(jī)聯(lián)接組成完整的控制模塊。

系統(tǒng)編程語(yǔ)言，PLC主要是為工業(yè)控制進(jìn)行開發(fā)的，同時(shí)也主要針對(duì)電氣技術(shù)員。從適應(yīng)掌握能力入手，經(jīng)常使用面向問(wèn)題的自然語(yǔ)言。主要有梯形圖、邏輯功能圖、邏輯方程以及布爾代數(shù)這些語(yǔ)言。

在調(diào)試過(guò)程中一定要認(rèn)識(shí)到，PLC是整個(gè)系統(tǒng)的中心，所有配置和功能都是圍繞PLC展開。其中PLC的性能主要是由CPU決定，使用哪種語(yǔ)言和通信單元這些都是其決定。

2 PLC機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試

（1）輸入輸出模塊的設(shè)計(jì)。PLC主要控制對(duì)象是工業(yè)設(shè)備，工作環(huán)境是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，主要是通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)連接。在控制器上都有輸入通道，每個(gè)通道上有輸入點(diǎn)。在輸入端子中除了有普通端子之外也有高速計(jì)數(shù)端子。這些端子都可以輸入開關(guān)量或者模擬量，在輸入模擬量過(guò)程中要使用特殊功能的模塊。輸出上也是由輸出通道和端子組成，輸出的電流最小為10mA，最大可以達(dá)到2A，這種電流一般驅(qū)動(dòng)都可以滿足。在驅(qū)動(dòng)需要更大的電流時(shí)可以通過(guò)中間繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。輸出端子主要是通過(guò)彩排線、專用臺(tái)階座插，通過(guò)輸出端子直接引入系統(tǒng)面板，一個(gè)端子對(duì)應(yīng)一個(gè)插孔。在設(shè)計(jì)好控制程序之后可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，使用模擬軟件，也可以將二極管作為負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)證，這樣的方式確認(rèn)模擬控制邏輯是否正確。這樣對(duì)系統(tǒng)研發(fā)來(lái)講可以縮減周期和經(jīng)費(fèi)。

（2）電源模塊。在設(shè)計(jì)電源時(shí)，很多PLC上都有24V電源。使用的電源中除了有交流電源之外也有直流電源。交流電中很多都是單向交流介入電源端子，中間一定都有設(shè)置交流開關(guān)和保險(xiǎn)。除了24V也有使用5V直流電源，這種主要是為模擬負(fù)載提供。

（3）設(shè)計(jì)中保證可靠性?？煽啃灾饕謨刹糠?，第一，設(shè)計(jì)和使用的科學(xué)合理。第二，軟件和硬件的保護(hù)以及抗干擾能力。在硬件上主要有兩個(gè)保險(xiǎn)，同時(shí)保證電源小于2A。同時(shí)依照不同的干擾類型主要使用功能兩種方式。第一是內(nèi)部干擾，這種主要是因?yàn)榕渲梅绞揭约霸|(zhì)量問(wèn)題，造成硬故障。第二是外部干擾這種干擾主要是強(qiáng)電設(shè)備侵入造成，同時(shí)這種干擾也較為復(fù)雜。

（4）因此，在安裝調(diào)試時(shí)可以從提供可靠的電源和抗干擾這些角度進(jìn)行分析。要檢查是否是外圍信號(hào)和模塊不配適的問(wèn)題，同時(shí)也可以減少外圍設(shè)備的中間環(huán)節(jié)，這樣的方式減少電氣干擾。發(fā)現(xiàn)PLC有控制較大功率電機(jī)時(shí)，一定要在輸入點(diǎn)接好屏蔽繼電器，這樣可以對(duì)電機(jī)回路通斷電弧進(jìn)行隔離，也可以減少電機(jī)在頻繁啟停后出現(xiàn)電磁干擾。

在安裝過(guò)程中，模擬信號(hào)輸入電纜很多都是選擇屏蔽電纜加信號(hào)隔離器，使用這樣的方法抑制電磁干擾。同時(shí)在布線過(guò)程中一定要將各種電纜分開布置。同時(shí)對(duì)于模塊系統(tǒng)的接地端子LG，一定不能接地，在受到電磁干擾十分嚴(yán)重時(shí)，可以使用專用接地。

軟件調(diào)試。系統(tǒng)中有開機(jī)自動(dòng)檢測(cè)程序，在開機(jī)之后以及系統(tǒng)自檢開關(guān)執(zhí)行自檢，也可以依照指示燈是否正常進(jìn)行判斷。在軟件中輸入去抖動(dòng)程序。這樣可以避免出現(xiàn)在按鈕作為輸入信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生抖動(dòng)的問(wèn)題。

在調(diào)試時(shí)可以編制故障判斷程序，在施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生連續(xù)故障的問(wèn)題，假如可以知道第一故障，這樣對(duì)問(wèn)題分析將十分有幫助。同時(shí)也可以編制裝填監(jiān)測(cè)程序，依據(jù)系統(tǒng)中的控制邏輯，編好監(jiān)視系統(tǒng)。

3 案例分析

在案例中，設(shè)備的安裝和調(diào)試主要為機(jī)械手的安裝和調(diào)試，程序設(shè)計(jì)主要為機(jī)械手PLC控制部分，物料輸送、分揀這些單元的調(diào)試和安裝，調(diào)制變頻器參數(shù)，選擇傳感器等，具體的調(diào)試如下。

（1）自動(dòng)線路設(shè)備控制要求。第一，初始位置，在通電和氣之后機(jī)械手臂要完成伸縮、手臂上抬、指關(guān)節(jié)放松、接卸手放在限制位，退料氣缸逐漸縮回，紅色警示報(bào)警。第二，打開啟動(dòng)開關(guān)，紅色警報(bào)燈和綠色警報(bào)燈同時(shí)亮起，料盤不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，拔桿將物料送入料盤出口相關(guān)料臺(tái)上。這時(shí)料臺(tái)中的傳感器便會(huì)接到信號(hào)，同時(shí)料盤電機(jī)停止。驅(qū)動(dòng)機(jī)械手將物料全部輸送到皮帶頂落料口。這樣料臺(tái)在沒(méi)有物料之后料盤電機(jī)便不斷轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行送料，這樣形成循環(huán)。第三，落料口的光電傳感器只有在檢測(cè)到物料之后才會(huì)驅(qū)動(dòng)變頻器，電動(dòng)機(jī)會(huì)使用12Hz頻率驅(qū)動(dòng)傳送帶進(jìn)行由左往右的傳動(dòng)。金屬物料進(jìn)入料槽1，白色垃圾塑料進(jìn)入料槽2，黑色塑料進(jìn)入料槽3。第四，皮帶在啟動(dòng)之后，在30s之內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到物料時(shí)，變頻器將會(huì)停止，同時(shí)蜂鳴器開始響起。第五，在按下停止之后，設(shè)備便會(huì)完成單循環(huán)，之后便停止工作。

（2）生產(chǎn)線PLC控制程序設(shè)計(jì)?？傮w方式，考慮到機(jī)械手的動(dòng)作較為復(fù)雜，使用基本指令較難實(shí)現(xiàn)，因此使用順控指令編程。順控指令思路較為清晰，層次分明，在對(duì)復(fù)雜線路各部分編程時(shí)修改方便。將機(jī)械手動(dòng)作分為四大步走，有初始位，抓料和放料，以及旋轉(zhuǎn)到初始位，物料在輸送以及推料時(shí)使用S、R編寫指令。

（3）變頻器設(shè)置參數(shù)進(jìn)行接線。主要使用SIEMENS MN420變頻器，這些擁有較高運(yùn)行可靠性以及多樣性。在前期調(diào)研中了解MM420基礎(chǔ)變頻結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以掌握好參數(shù)設(shè)置調(diào)試的方式。

變頻器在參數(shù)設(shè)置以及接線上的要點(diǎn)。第一，設(shè)置好P0010 30和P0970 1之后，一定要等三分鐘，之后才可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。第二，變頻器接線時(shí)一般都是三相電源，分別為L(zhǎng)1、L2、L3、PE，這時(shí)注意好PE保護(hù)接地不能和N線混淆使用同一根線。出現(xiàn)問(wèn)題之后空氣開關(guān)將會(huì)自動(dòng)斷電。第三，U、V、W都是電動(dòng)機(jī)線，接線為82、83、84，保護(hù)接地線為81號(hào)線。第四，將5W旋鈕開關(guān)向左撥動(dòng)，電機(jī)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。運(yùn)行過(guò)程中假如發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，只要任意轉(zhuǎn)換電動(dòng)機(jī)線便可以。調(diào)試之后，將5號(hào)6號(hào)7號(hào)開關(guān)全部都放到右邊。第五，變頻器中5W接PLC中的Q1．5。同時(shí)在發(fā)現(xiàn)變頻器5、6、7和PLC輸入口有連線時(shí)，一定不能撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)，這樣避免發(fā)生電源疊加進(jìn)而燒壞電氣。

（4）電路電氣安裝和調(diào)試。整個(gè)電路系統(tǒng)中，接線很多，依據(jù)模塊設(shè)計(jì)的原理圖主要將電路分為三大部分進(jìn)行分析。輸入接線，生產(chǎn)線中輸入部分不算啟動(dòng)和停止之外一共有7個(gè)傳感器，11個(gè)磁性開關(guān)。磁性開關(guān)藍(lán)線接在DC24V-上，棕線接在PLC中I口位置。傳感器棕線接入DC24V+，藍(lán)線DC24V-黑線在PLC中I位置。輸出部分。在輸出部分主要為蜂鳴器和指示燈、轉(zhuǎn)盤電機(jī)以及變頻器機(jī)械手、退料中的電磁閥。電源與PLC之間的接線。一般情況下PLC輸入電源時(shí)使用自身24V電源，在輸出部分便是使用單獨(dú)供電。實(shí)訓(xùn)臺(tái)上使用24V、3A電源，這樣才可以滿足輸出和輸入中的電源需求。因此使用輸入和輸出共同使用一套電源的方案，這樣才可以避免出現(xiàn)因?yàn)榻泳€錯(cuò)誤導(dǎo)致PLC中的內(nèi)外電源出現(xiàn)疊加。

在接線中要依照設(shè)計(jì)圖紙，逐一接線，在接線中由于24V線較多，在端子上容易混淆，因此要在接好之后進(jìn)行重復(fù)檢查。在拔線時(shí)要保證是在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。同時(shí)要檢查設(shè)備上每個(gè)元件，其中主要為傳感器和電磁閥、電動(dòng)機(jī)、磁性開關(guān)。依據(jù)接線圖接好后，打掃衛(wèi)生，確保沒(méi)有雜質(zhì)和污穢，這樣才可以通電。正常狀態(tài)下傳感器尾發(fā)光管沒(méi)有閃亮則表示繼電器沒(méi)有動(dòng)作。使用金屬物靠近傳感器之后發(fā)光管閃亮，繼電器中的觸電發(fā)生動(dòng)作，這也可以說(shuō)明傳感器自身良好。

4 結(jié)語(yǔ)

PLC控制是近幾年逐漸興起的新技術(shù)，適用范圍十分廣泛，可靠性高，外圍設(shè)備在連接和抗干擾這些方面都有很強(qiáng)的能力。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)使得企業(yè)中很多都使用這種技術(shù)，只要保證良好的安裝和調(diào)試，便可以發(fā)揮出PLC控制電機(jī)的優(yōu)勢(shì)。

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