基于PLC控制的自動化設(shè)備金屬零件檢測分析

邢玲玲

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 武威 733006）

電氣自動化設(shè)備在運行過程中由于振動幅度比較大，且運行工作量較大，運行過程中受到化學、電、熱等因素影響，經(jīng)常會出現(xiàn)各種故障，其中包括設(shè)備金屬零件松動、設(shè)備金屬零件老化以及設(shè)備金屬零件失效等，大部分故障都是因電氣自動化設(shè)備金屬部件本身存在的缺陷導致，因此金屬部件的內(nèi)部缺陷為電氣自動化設(shè)備運行埋下故障隱患，一旦出現(xiàn)故障，會影響到設(shè)備生產(chǎn)效率，造成嚴重的經(jīng)濟損失，所以電氣自動化設(shè)備金屬部件檢測分析成為設(shè)備安全穩(wěn)定運行有效手段[1]。用于電氣自動化設(shè)備金屬部件檢測分析方法主要有遠紅外檢測分析方法、基于人工智能的檢測分析方法、基于數(shù)學模型的檢測分析方法等，這些方法在電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析中取得了一定的應(yīng)用成果。但是隨著電氣自動化技術(shù)的快速發(fā)展，對其金屬零件檢測分析也提出了更高的要求，傳統(tǒng)方法在實際應(yīng)用中無法識別到設(shè)備金屬零件暴露程度較小的缺陷，識別效率、精度、查全率較低，并且經(jīng)常出現(xiàn)錯查、誤查現(xiàn)象，導致傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析需求，為此提出基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析[2]。PLC控制系統(tǒng)具備編程簡單、通用性強、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，同時具備對信號數(shù)據(jù)的實時采集、圖像顯示以及智能化數(shù)據(jù)信息處理等功能，在各個領(lǐng)域中常被用于對現(xiàn)場設(shè)備、系統(tǒng)的監(jiān)控，此次將其引用到電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析中，形成一種新的分析方法，保障電氣自動化設(shè)備穩(wěn)定運行。

1 基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析方法

1.1 電氣自動化設(shè)備金屬零件信息采集

電氣自動化設(shè)備金屬零件信息采集是對其檢測分析的基礎(chǔ)工作，PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控程序中具備的診斷功能，利用這一功能對電氣自動化設(shè)備金屬零件信息進行實時的采集，以及時找出金屬零件缺陷點位置，從而快速更換零件恢復電氣自動化設(shè)備的正常運行。

電氣自動化設(shè)備完成一套生產(chǎn)任務(wù)需要一定的時間，正常情況下電氣自動化設(shè)備生產(chǎn)周期時間是不會發(fā)生變化的，如果沒有在特定的時間內(nèi)完成生產(chǎn)任務(wù)，說明電氣自動化設(shè)備金屬零件可能出現(xiàn)缺陷，因此選擇其運行時間參數(shù)作為檢測分析金屬部件缺陷的信息之一[3]。當電氣自動化設(shè)備開始運行時，利用PLC控制系統(tǒng)同時啟動一個定時裝置，設(shè)置定時裝置比正常電氣自動化設(shè)備生產(chǎn)所需時間長0.2%～0.5%，將定時器發(fā)出的輸出信號作為金屬部件缺陷檢測的報警、顯示及自動停機裝置的輸入信號。當電氣自動化設(shè)備的某項生產(chǎn)步驟超出了規(guī)定范圍，定時器裝置的預設(shè)時間還未達到時，定時器將發(fā)出故障信號[4]。通過該信號可暫停正在運行過程中的工作循環(huán)程序，并同時啟動PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行報警和顯示程序。其次，在電氣自動化設(shè)備正常運行的情況下，設(shè)備金屬部件的各項輸入、輸出信號都存在著相互的邏輯關(guān)系。因此當電氣自動化設(shè)備金屬部件出現(xiàn)問題時，設(shè)備原有的正常邏輯關(guān)系會受到破壞，進而產(chǎn)生異常邏輯關(guān)系，所以將金屬部件邏輯錯誤作為PLC控制系統(tǒng)采集信息之一。將可能出現(xiàn)邏輯錯誤的程序添加到PLC控制系統(tǒng)用戶程序當中，當邏輯關(guān)系正常時，PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)運行狀態(tài)顯示為“1”，當錯誤的邏輯關(guān)系出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)運行狀態(tài)顯示為“-1”，此時PLC控制系統(tǒng)對錯誤邏輯進行記錄，并保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以此實現(xiàn)對電氣自動化設(shè)備金屬零件信息采集。

1.2 電氣自動化設(shè)備金屬零件故障信息層次劃分

PLC控制系統(tǒng)采集到金屬零件信息后，通過對其數(shù)據(jù)庫信息調(diào)用，實現(xiàn)對電氣自動化設(shè)備金屬零件故障信息層次劃分。在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置一個數(shù)據(jù)區(qū)域，用于對電氣自動化設(shè)備金屬零件缺陷狀態(tài)存儲。

根據(jù)設(shè)備金屬零件缺陷的主要表現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)對金屬零件缺陷信息的層次劃分為三個等級：第一等級為金屬部件失效、第二等級為金屬部件老化、第三等級為金屬部件不完整，其中包括出現(xiàn)裂紋、砂眼、空洞等。

第一等級金屬零件故障必定會導致電氣自動化設(shè)備停產(chǎn)，其原因是第二等級與第三等級故障導致的，因此假設(shè)在電氣自動化設(shè)備在運行過程中，金屬部件存在第一等級故障，在PLC控制系統(tǒng)中用以下公式描述：

公式（1）中，p為電氣自動化設(shè)備金屬部件第一等級故障；m1,m2,…,mk為引發(fā)第一等級故障的第二等級故障；v1,v2,…,vk為引發(fā)金屬零件出現(xiàn)第二等級故障的第三等級故障；k表示為電氣自動化設(shè)備中所有金屬部件數(shù)量[5]。根據(jù)以上公式建立電氣自動化設(shè)備金屬零件故障函數(shù)，在PLC控制系統(tǒng)中表示如下：

公式（2）中，f (p)表示為第一等級故障函數(shù)；α為PLC控制系統(tǒng)采集到的邏輯關(guān)系，-1或者1；V表示PLC控制系統(tǒng)采集到的電氣自動化設(shè)備運行周期時間。通過上述公式計算可判斷電氣自動化設(shè)備金屬零件出現(xiàn)的故障等級。

1.3 實現(xiàn)電氣自動化設(shè)備金屬零件故障檢測分析

實現(xiàn)電氣自動化設(shè)備金屬零件故障等級劃分后，PLC控制系統(tǒng)對其進行具體分析，其過程如下：將PLC控制系統(tǒng)的計算機接口狀態(tài)值讀取到程序當中，對不同的故障類型設(shè)置對應(yīng)的編號，將金屬零件失效編號為&1；金屬零件老化編號為&2；金屬零件出現(xiàn)裂紋編號為&3；金屬部件內(nèi)部有砂眼編號為&4；金屬零件出現(xiàn)空洞編號為&5，依次類推[6]。這種映射關(guān)系與PLC控制系統(tǒng)終端的刷新時間可通過人為進行設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)定刷新時間為30s，將電氣自動化設(shè)備金屬零件故障信號映射到各個連續(xù)的分區(qū)當中，再對計算機接口中的數(shù)值一次性讀取，得到公式（2）的故障函數(shù)，若函數(shù)計算結(jié)果為1，則將金屬零件序號取出，并與對應(yīng)故障編號對比，并將檢測分析結(jié)果通過在顯示屏顯示，并在電氣自動化設(shè)備各個金屬部件周圍安裝紅色二極管，利用紅色二極管顯示出對應(yīng)的編號，當分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，開關(guān)閉合，二極管開始發(fā)光，并對故障問題報警。然后根據(jù)顯示信息及時更換出現(xiàn)故障的金屬零件，保證電氣自動化設(shè)備正常運行，進而實現(xiàn)基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析。

2 實驗

2.1 實驗設(shè)計

實驗選取十個不同型號、不同種類的電氣自動化設(shè)備作為實驗對象，設(shè)備金屬零件數(shù)量以此為15個、32個、35個、38個、40個、43個、46個、52個、56個、65個，設(shè)備當中均存在不同程度、不同數(shù)量的故障金屬零件。實驗中應(yīng)用到的PLC控制系統(tǒng)通用網(wǎng)關(guān)接口采用CGI，數(shù)據(jù)庫采用ODBC數(shù)據(jù)庫，采用GHJF PowerEdge G220服務(wù)器，Windows8操作系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)的檢測周期為25s。運用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對電氣自動化設(shè)備金屬零件進行檢測分析，實驗過程中所有的數(shù)據(jù)、代碼源以及運行結(jié)果都托管在軟件KUBN上，對兩種方法進行對比實驗。

2.2 實驗結(jié)果分析

實驗將設(shè)計方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，實驗結(jié)果如下表所示。

表1 兩種方法查全率對比

從上表可以看出，此次設(shè)計方法對于電氣自動化設(shè)備金屬零件故障的查全率遠遠高于傳統(tǒng)方法，并且在誤差與檢測時間方面也優(yōu)于傳統(tǒng)方法，實驗證明了此次設(shè)計方法能夠滿足電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析精度需求。

3 結(jié)束語

此次對基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動化設(shè)備金屬零件檢測分析進行了研究，在一定程度上保證了電氣自動化設(shè)備安全運行，提高了電氣自動化設(shè)備金屬部件檢測分析精度和效率，并且對PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設(shè)備檢測方面的應(yīng)用具有一定的推廣作用和促進作用，也對電氣自動化設(shè)備金屬部件檢測分析研究具有良好的借鑒意義。由于此次研究時間有限，個人能力有所欠缺，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但在研究內(nèi)容上還存在一些不足之處，今后仍會對該課題進行進一步研究。