基于PLC的磨機(jī)控制系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)分析

周秩宇

（南充科技職業(yè)學(xué)院，四川 南充 637200）

引言

PLC是一種具備可編程功能的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，克服了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣工作環(huán)境條件下的各種問(wèn)題，由于磨機(jī)設(shè)備投入成本較高，高頻率出現(xiàn)故障，不僅會(huì)加劇磨機(jī)損耗，工作性能下降，嚴(yán)重也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，造成巨大損失。因此，將PLC在磨機(jī)控制系統(tǒng)中引入，發(fā)揮PLC多樣化控制功能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨機(jī)使用狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，保障生產(chǎn)效率和質(zhì)量，繼而創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 PLC基本內(nèi)容

PLC全稱(chēng)“可編程邏輯控制器”，基于滿(mǎn)足現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)需求而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。以具有可編程功能的存儲(chǔ)器為載體，將各種操作指令在內(nèi)部就進(jìn)行存儲(chǔ)，如順序控制、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)等，將操作指令以數(shù)字式或模擬式進(jìn)行輸入或輸出，以此來(lái)達(dá)到對(duì)不同類(lèi)型機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程的有效控制。

可編程邏輯控制器具有自動(dòng)化控制、可靠性高、編程操作簡(jiǎn)單、組態(tài)靈活、安裝方便、運(yùn)行效率高以及輸入/輸出功能模塊齊全等功能特點(diǎn)，其中輸入/輸出功能模塊齊全是PLC核心功能，即使現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)不同，均可通過(guò)現(xiàn)有模板輔助工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件完成連接，通過(guò)總線(xiàn)連接CPU主板。PLC應(yīng)用于工業(yè)控制方面具有極大優(yōu)勢(shì)，硬件結(jié)構(gòu)和微型計(jì)算機(jī)基本相似，由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入單元以及輸出單元四個(gè)部分構(gòu)成；現(xiàn)階段PLC供電方式均采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源[1]。

2 基于PLC的磨機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)

2.1.1 主電機(jī)控制

主電機(jī)為磨機(jī)運(yùn)行提供動(dòng)力，主電機(jī)可靠穩(wěn)定運(yùn)行是確保該工藝流程順利進(jìn)行的前提。通過(guò)利用PLC，拓展針對(duì)主電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的覆蓋面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主電機(jī)能耗，及時(shí)掌握磨機(jī)負(fù)荷及運(yùn)轉(zhuǎn)情況。鑒于所處環(huán)境中潮氣對(duì)停機(jī)狀態(tài)下電機(jī)的影響，需要靠考慮線(xiàn)圈絕緣性降低因素，為其安裝電機(jī)加熱裝置，進(jìn)而解決此方面問(wèn)題，為主電機(jī)安全啟動(dòng)提供保障。

2.1.2 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑控制

由可編程邏輯控制技術(shù)與閉環(huán)定量給油技術(shù)相互融合構(gòu)成智能潤(rùn)滑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨機(jī)滑動(dòng)軸承的定時(shí)及定量潤(rùn)滑[2]。

其中主控制器裝置在磨機(jī)PLC控制系統(tǒng)中，作用是對(duì)潤(rùn)滑過(guò)程中壓力、重力等其他變量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，潤(rùn)滑指令和反饋指令操作完成通過(guò)總線(xiàn)及電磁給油箱內(nèi)部安裝的信息識(shí)別器進(jìn)行信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)。幫助使用者對(duì)各潤(rùn)滑點(diǎn)的注油量與注油頻率靈活調(diào)整，并對(duì)運(yùn)行中的潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋故障保障信息等。

為電動(dòng)潤(rùn)滑泵裝置壓力傳感器，將出口油壓設(shè)置在0.5 MPa（5 bar）以上，當(dāng)出口油壓比壓力傳感器檢測(cè)到低于既定壓力下限值時(shí)，潤(rùn)滑泵則開(kāi)始執(zhí)行升壓指令，反之超過(guò)既定壓力上限值時(shí)，潤(rùn)滑泵運(yùn)行則會(huì)停滯。通過(guò)傳感器對(duì)筒內(nèi)油脂重量進(jìn)行判斷，若油脂重量低于設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)向工作人員反饋報(bào)警信息。

2.1.3 磨機(jī)鋼球填充率檢測(cè)

被磨物體的顆粒度被磨機(jī)鋼球填充率直接影響，鋼球填充率設(shè)置過(guò)大，則會(huì)將內(nèi)部容積縮減，促使磨機(jī)符合增加；鋼球填充率設(shè)置過(guò)小，則會(huì)降低磨機(jī)工作效率。有功功率法是現(xiàn)階段對(duì)磨機(jī)鋼球填充率進(jìn)行檢測(cè)的常用方法，雖然在國(guó)內(nèi)外磨機(jī)中運(yùn)用，但偏大的檢測(cè)誤差問(wèn)題一直難以解決。鑒于鋼球和物料重量比是磨機(jī)產(chǎn)生噪音的主要因素，當(dāng)磨機(jī)內(nèi)部鋼球量增多，各鋼球間及鋼球與筒體所產(chǎn)生的撞擊聲音也會(huì)升高；當(dāng)磨機(jī)內(nèi)部鋼球量減少，磨機(jī)所撞擊頻率下降，聲強(qiáng)被削弱，基于此，針對(duì)磨機(jī)鋼球填充率檢測(cè)可選擇音頻分析法[3]。

具體操作如下：一是通過(guò)音頻傳感器對(duì)工作狀態(tài)下的磨機(jī)內(nèi)部聲音進(jìn)行獲取，PLC模塊將接收轉(zhuǎn)換完成的聲音電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)總線(xiàn)向上位機(jī)傳輸噪音數(shù)據(jù)，利用內(nèi)保所安裝的數(shù)據(jù)分析軟件處理傳輸過(guò)來(lái)的噪音數(shù)據(jù)，同時(shí)將噪音數(shù)據(jù)中存在的環(huán)境雜聲進(jìn)行過(guò)濾，確保所反映的噪聲值是磨機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的有效噪聲值；二是分析后獲取的有效噪聲值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磨機(jī)鋼球填充率直觀(guān)性檢測(cè)，及時(shí)掌握磨機(jī)鋼球填充量，利用PLC磨機(jī)控制系統(tǒng)完成自動(dòng)鋼球補(bǔ)加，達(dá)到精準(zhǔn)穩(wěn)定控制磨機(jī)鋼球充填率目的。

2.2 PLC磨機(jī)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

鑒于對(duì)電氣控制系統(tǒng)極易發(fā)生故障問(wèn)題綜合性考慮，為避免此方面情況對(duì)磨機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞，在此基礎(chǔ)上為磨機(jī)建立長(zhǎng)期且可靠的自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)，減少故障問(wèn)題對(duì)磨機(jī)的損壞影響，降低經(jīng)濟(jì)損失，延長(zhǎng)磨機(jī)使用壽命。

利用傳感器對(duì)磨機(jī)的油箱和出油口溫度進(jìn)行檢測(cè)，將模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再利用壓力開(kāi)關(guān)，借助液位變送器對(duì)管道壓力油箱的壓力和液位分別檢測(cè)，將分配好的信號(hào)通過(guò)PLC完成對(duì)磨機(jī)啟動(dòng)及系統(tǒng)維持控制指令操作，單片機(jī)將傳輸過(guò)來(lái)的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后在驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管上進(jìn)行實(shí)際溫度顯示。

2.2.2 自動(dòng)檢測(cè)控制要求

1）根據(jù)磨機(jī)使用用途和工藝系統(tǒng)所提出的自動(dòng)檢測(cè)控制要求，PLC磨機(jī)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)需要對(duì)磨機(jī)整個(gè)運(yùn)行全過(guò)程中進(jìn)行集中控制，用可編程控制器對(duì)被控設(shè)備開(kāi)啟和停用加以控制，技術(shù)人員可通過(guò)上位機(jī)來(lái)完成控制指令操作。

2）自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)將對(duì)與磨機(jī)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備及器件進(jìn)行集中監(jiān)控、管理以自動(dòng)順序控制，其目的實(shí)現(xiàn)對(duì)磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)操作指令的遠(yuǎn)程控制和檢測(cè)。其中現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)控制起到輔助控制作用，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試、維護(hù)以及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障等情況應(yīng)對(duì)[4]。

3）集中監(jiān)控要求主要涉及到以下幾個(gè)方面：一是，對(duì)磨機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行集中監(jiān)控，涉及到各個(gè)環(huán)節(jié)，由中央控制室負(fù)責(zé)監(jiān)視和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，各單元設(shè)備及器件啟動(dòng)和停止，同時(shí)處理報(bào)警等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以此來(lái)達(dá)到對(duì)磨機(jī)運(yùn)行全過(guò)程有效自動(dòng)檢測(cè)控制；二是，為了保證磨機(jī)運(yùn)行工藝穩(wěn)定，需要通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)下運(yùn)行工況隨時(shí)調(diào)節(jié)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所涉及到的各項(xiàng)參數(shù)，將參數(shù)始終維持在既定設(shè)置范圍內(nèi)，一旦檢測(cè)出的各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)置的正常范圍偏差過(guò)大，將會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.2.3 PLC及單片機(jī)選擇

結(jié)合磨機(jī)自動(dòng)檢測(cè)控制要求，選擇外觀(guān)精致且小巧的PLC，超小型PLC外形可不受設(shè)備型號(hào)限制，解決以往小型機(jī)器無(wú)法安裝PLC問(wèn)題。選擇低功耗、高性能單片機(jī)，具有良好系統(tǒng)兼容性，既能滿(mǎn)足常規(guī)編程器編程于要求，又能在線(xiàn)重新進(jìn)行編程，在同一芯片上集成多種功能，進(jìn)一步提升磨機(jī)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)靈活性，減少運(yùn)行成本投入。

針對(duì)PLC和單片機(jī)之間通信功能實(shí)現(xiàn)，選擇九針插口，為控制信號(hào)接收和數(shù)據(jù)傳送提供保障，由于通信距離不同，其信號(hào)線(xiàn)的選用也有著一定差異性，超過(guò)15 m以上均為遠(yuǎn)距離，需要添加Modem，需要設(shè)置較多信號(hào)線(xiàn)，短距離信號(hào)及數(shù)據(jù)傳輸，則不需要上述調(diào)節(jié)器進(jìn)行輔助通信[5]。

上述文中提及到，PLC是一種具備可編程功能的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，具有編程操作便捷、高穩(wěn)定性以及抗外界因素干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段工業(yè)控制領(lǐng)域中不可或缺的重要輔助工具，PLC技術(shù)在磨機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)引入，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況，切實(shí)解決原有磨機(jī)控制系統(tǒng)潛在的各項(xiàng)問(wèn)題。PLC集成功能讓磨機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全，同時(shí)基于PLC的磨機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)也要不斷擴(kuò)展覆蓋范圍，將磨機(jī)運(yùn)行全過(guò)程、生產(chǎn)工藝全流程進(jìn)行全方位覆蓋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致磨機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行的故障，通過(guò)相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)分析故障成因，及時(shí)對(duì)磨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，從根本上降低磨機(jī)故障損害情況出現(xiàn)幾率，延長(zhǎng)使用壽命，實(shí)現(xiàn)投資效益最大化目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

鑒于PLC所具備的功能優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，為滿(mǎn)足目前工業(yè)控制需求，PLC技術(shù)引入和應(yīng)用，不僅能夠確保被控設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行，也有利于降低成本投入，磨機(jī)控制系統(tǒng)融合PLC技術(shù)，可減少磨機(jī)故障發(fā)生。同時(shí)可以強(qiáng)化磨機(jī)的工作性能，突破惡劣工作條件下工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)制約，保障經(jīng)濟(jì)效益。