以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)在閘門液壓自動(dòng)啟閉機(jī)上的應(yīng)用探討

郇樂萌 鮑亮

摘 要：傳統(tǒng)閘門在操作工程中存在著很多問題，其準(zhǔn)確度較低，同時(shí)很難做到動(dòng)態(tài)控制，為了解決這些問題，本文利用PLC來對(duì)于液壓自動(dòng)啟閉機(jī)進(jìn)行控制，有效地實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化與故障的監(jiān)測，從而優(yōu)化了控制過程，本文對(duì)其進(jìn)行探討，為其進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC；液壓自動(dòng)啟閉機(jī)；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.145

1 引言

本文針對(duì)傳統(tǒng)閘門人工操作的實(shí)時(shí)性差、準(zhǔn)確性低等缺陷，設(shè)計(jì)了可編程邏輯控制器（PLC）在液壓啟閉設(shè)備中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)的硬件和軟件配置，實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉全過程的自動(dòng)控制及故障的監(jiān)測與處理，大大提高了啟閉機(jī)的自動(dòng)化水平。

2 PLC系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

S7系列可編程邏輯控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7-400系列。它具有強(qiáng)大的功能，適用于中小型自動(dòng)化系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)應(yīng)采用西門子S7-300 PLC在德國進(jìn)行。S7-300系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種模擬中小型結(jié)構(gòu)可編程控制器。S7-300系列PLC廣泛應(yīng)用于分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中。它涵蓋機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)保設(shè)備等自動(dòng)化控制領(lǐng)域。它可以用來更新和更換繼電器的簡單控制，也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化控制。因此，S7-300系列具有高性能/成本性能。S7-300 PLC是西門子PLC近年來推出的PLC產(chǎn)品之一。模塊化中型PLC系統(tǒng)，滿足中小型控制要求，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。許多客戶在設(shè)計(jì)選型、調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用中可能遇到各種各樣的問題，下面是S7-300 PLC選型和應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題的分析。

PLC和其他的工業(yè)控制裝置相比，優(yōu)點(diǎn)主要集中于其可靠性較好，同時(shí)可移植性也較強(qiáng)。在硬件設(shè)計(jì)方面，PLC的所有輸入輸出都是采用光耦合的器件，使得內(nèi)外部電路互不影響，同時(shí)plc的電路和輸入輸出回路有著非常多的濾波電路，這樣就可以使得信號(hào)諧波不會(huì)對(duì)其運(yùn)行造成影響。PLC的操作較為穩(wěn)定，其所配置的開關(guān)電源性能也非常好。在軟件設(shè)計(jì)方面，PLC程序采用的是循環(huán)方式來進(jìn)行執(zhí)行的，在循環(huán)執(zhí)行過程當(dāng)中對(duì)輸入進(jìn)行改變也不會(huì)影響到程序的正常運(yùn)行，PLC程序采用的是面向?qū)ο蟮恼Z言，較為簡單，同時(shí)用圖形的方式來進(jìn)行編譯，還可以進(jìn)行錯(cuò)誤的自動(dòng)檢查，使得程序的正確性大大的提升。同時(shí)PLC的用戶程序和系統(tǒng)程序是較為獨(dú)立的，用戶很難改動(dòng)內(nèi)部的固化程序，這樣就使得其可靠性能非常高。同時(shí)可移植性非常強(qiáng)，因?yàn)镻LC采用單元擴(kuò)展的形式，讓功能可以模塊化，在需要的時(shí)候可以對(duì)于輸入輸出模塊進(jìn)行更換或者加減，這樣就使得我們想給其增加功能的時(shí)候，只需要對(duì)其進(jìn)行模塊的增加和程序的簡單改寫，就可以完成不同的控制需求，這樣也使得PLC維護(hù)非常的方便。

2.2 工作原理

因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)和軟件方面存在一定的差異，因此PLC的工作過程和我們平常用的計(jì)算機(jī)是有較多的不同點(diǎn)，PLC的工作過程主要分為輸入采樣、程序執(zhí)行、通信處理、CPU分析、輸出刷新五個(gè)掃描循環(huán)，要不斷的對(duì)其進(jìn)行重復(fù)掃描。對(duì)于線圈來說有兩個(gè)狀態(tài)，第一是停止?fàn)顟B(tài)，第二是運(yùn)行狀態(tài)。在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)只能進(jìn)行內(nèi)部的處理和通信的服務(wù)，在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)則進(jìn)行以上五個(gè)循環(huán)的不斷掃描和重復(fù)。輸入采樣是PLC對(duì)于輸入進(jìn)行監(jiān)測，使得讀入的線圈狀態(tài)一直保持到下一次輸入，執(zhí)行程序是PLC按照用戶程序所編寫的要求來對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行控制、邏輯計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。CPU診斷和分析是CPU對(duì)于PLC的硬件模塊進(jìn)行監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題立刻報(bào)警。通信處理是PLC在對(duì)于其進(jìn)行檢查之后進(jìn)行通信，將程序傳入到輸出設(shè)備，來對(duì)其進(jìn)行控制。輸出刷新是PLC將信號(hào)傳入到輸出設(shè)備之后進(jìn)行刷新，讓其線圈的得電失電狀態(tài)滿足于用戶所控制的要求，這樣就使得輸出設(shè)備能夠做到用戶對(duì)其指定的動(dòng)作。

3 閘門的液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)原理

3.1 硬件配置

（1）導(dǎo)軌。 S7-300的模塊機(jī)架。

（2）被轉(zhuǎn)換為電源模塊。提供CPU和24V的直流負(fù)載電路用的直流電源（信號(hào)模塊、傳感器、油門等）。

（3）CPU模塊。CPU所有種類的例子有不同的性能，一些CPU的合并與數(shù)字輸入/輸出點(diǎn)和模擬，以及一些CPU簡介等的通信接口。CPU的前面板的狀態(tài)故障顯示器，模式開關(guān)24V的電源端子，電池箱和存儲(chǔ)器模塊的箱子（不是若干的CPU）。

（4）功能模塊。功能模塊主要用于對(duì)時(shí)間要求苛刻、存儲(chǔ)器容量要求較大的過程信號(hào)處理任務(wù)。

（5）計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)器模塊?？焖?晚送驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子控制模塊、步進(jìn)馬達(dá)定位模塊，如伺服馬達(dá)定位模塊。

3.2 運(yùn)行流程

該液壓啟閉系統(tǒng)主要由油泵電動(dòng)機(jī)組、弧形閘門液壓缸、油箱等組成。閘門提升和關(guān)閉的控制，主要是通過液壓啟閉機(jī)電氣控制裝置根據(jù)現(xiàn)地或遠(yuǎn)方啟/閉閘門命令自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)組，從而通過活塞桿在油缸中的伸縮帶動(dòng)閘門關(guān)閉或開啟。（1）開啟閘門，空載啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)組，延時(shí)10秒左右，液壓缸無桿腔油液經(jīng)34.1單向閥背壓0.4MPa 流回油箱。（2）關(guān)閉閘門，空載啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)組，延時(shí)10秒左右，液壓缸有桿腔油液經(jīng)23.9-23.10調(diào)速閥后流回液壓缸無桿腔，同時(shí)壓力油經(jīng)20.1-20.2溢流閥向液壓缸無桿腔補(bǔ)油，壓力為0.4MPa。

4 總結(jié)

PLC的編程語言是較為簡單的，很多計(jì)算機(jī)知識(shí)并不充分的人也能很容易對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握，因此推廣PLC是非常容易的，PLC不但能滿足順序控制要求，還能夠做到條件和循環(huán)的判斷，近年來，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，我們也對(duì)其進(jìn)行的其他功能的擴(kuò)展，這些年為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，PLC的網(wǎng)絡(luò)通訊功能也在不斷增強(qiáng)，其在工廠的發(fā)展當(dāng)中將會(huì)有更多的應(yīng)用。

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