PLC在轴承试验机开关量控制中的应用.pdf

堡 二 兰 垒 C N4 1一l 1 4 8 ／ T H 轴承2 0 1 0 年6 期 Be a r i ng201 0， No． 6 P L C在轴承试验机开关量控制中的应用 郭绍鹏， 李靳东 洛阳轴研科技股份有限公司 试验技术开发部， 河南洛阳4 7 1 0 3 9 摘要 分析轴承试验机开关量控制中传统控制方式的不足， 介绍了 s 7 2 0 0型 P L C控制模块的特点及其控制原 理。 对比得出， P L C控制方式的性能更加稳定 ， 结构简单 ， 更加安全可靠。 关键词 滚动轴承； 试验机 ； P L C ； 开关量； 可靠性 中图分类号 T H1 3 3 ． 3 3 ； 1 1 r 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 3 7 6 2 2 0 1 0 0 6- 0 0 5 9 0 2 轴承试验机 中开关量控制是电气控制 的最基 础单元 ， 是测控参 数 载荷、 温度 、 位移等 稳 定可 靠测量的关键。在试验机设备中引人 P L C技术， 可使某些执行单元更加简化 ， 提高系统的可靠性。 1 传 统控 制方式 传统控制方式原理如图 1 所示， 图 l a中包括 1个两位 开关 ， 1 2个带灯按 钮 6个常开 ， 6个 常 闭 ， 由于 6组电动机的控制方式完全一致， 在此 只以加载电动机为例进行介绍。每个电动机都有 自动、 手动两种控制方式。自动方式时， 计算机通 过 I ／ O输出卡控制功率输出板相应的端 口来控制 接触器线圈的带 电状态 ， 启 动停止指示灯根 据线 圈带电状态 呈现亮或者灭 ； 手动方式时 ， 按下启动 ．．． ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 目 动主鼬电 加载电 设备供设备回 试验供试验回 机启动 机启动油启动油启动 油启 动油启动 功能选择 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 主釉电 加载电 设备供设备回 试验供试验回 机停止 机停止油停止油停 I 匕 油停 l { lf l 停止 a 操作面板示意图 自动 计 功 出 b 控 制原 理 图 图 1 传统控制 方式原理 收稿 日期 2 0 1 0一 o 3 0 1 ； 修回日期 2 0 1 0 0 3 3 1 按钮 ， 接触器线 圈带电 ， 接触器 常开触点 吸合 ， 常 闭触点断开， 启动灯亮， 停止灯灭， 按下停止按钮， 接触器线圈断电， 常开触点断开， 常闭触点吸合， 停止灯亮 ， 启动灯灭。这 种传统控 制模 式多年来 一 直应用在各种强 电控制中， 其可靠性 良好 ， 但 接 线比较繁琐， 出现故障以后， 维护比较麻烦， 在规 模不大的强电控制系统中仍有较多使用。 2 P L C控 制方式 2 ． 1 S 7 2 0 0型 P L C模块 S 7 2 0 0型 P L C模块集成 2 4输 1 6输出共 4 O个数字量 I ／ O点 ， 可连接 7个扩展模 块扩展至 2 4 8路数字量 I ／ O ． 点或 3 5路模 拟量 I ／ 0点 ， 具有 1 3 K字节程序和数据存储空间； 6个独立的 3 0 k Hz 高速计数器； 2 路独立的 2 0 k H z 高速脉冲输出； 具 有 P I D控制器； 2 个 R S 4 8 5通信／ 编程口； 具有 P P I 通信协议、M P I 通信协议和自由方式通信能力等 特点 ， 可用于较高要求 的控制系统 ， 具 有更 多的输 入／ 输 出点和更强的模块扩展能力 ，更快 的运行 速 度和功能更强的内部集成特殊功能， 可适用于一 些复杂的中小型控制系统中。 2 ． 2 P L C控制方式原理 P L C控制方式原理如图 2所示 ， 由图可知 ， 传 统的 l 2个带灯按钮减少为 6个 ， 自动和手动状态 的强电回路完全相同。 2 4 V电压信号通过 自动、 手动切换传至 P L C的数字量输人点 1 ， 通过状态按 钮传至P L C数字输入点 2 ， P L C数字输入地 数字 输入单元的信号地， 与数字输入点 1 和2形成两组 电压信号 接 2 4 V信号地 M 。P L C通过检测输 人点 1是否有高电平来确定 自动、 手动状态。手动 状态时 P L C通过检测数字输 出口的现有状态 和输 入点 2是否有上升沿来复位或置位数字输 出口， 从 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 o 轴承 z o l o ． N o ． 6 而控制接触器线圈是否带电； 自动状态时 P L C接 受计算机传来的状态标记然后直接传至 P L C数字 输出口， 从而达到计算机控制端 口的 目的。 自动 手 动 一 ⋯ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 功能主轴电加载电设备供设备回试验供试验回 选择机状态机状态油状态油状态油状态汕状态 a 操作 面板 示意 图 2 4 1 a、． ． L 0升 天 V 寸 0 量输入点 f 手动 一⋯⋯ ⋯ P L C默 M b 控制原 理 图 图 2 P L C控制 方式原理 2 ． 3 P L C内部编程 P L C程序结构执行方式为顺序执行 ， 无条件循 环 ， 中断阶跃执行返 回。执行周期可 以由编程器 设定 ， 最小为 1 m s ， 最大 6 5 5 3 6 m s ， 设定周期时要 充分考虑到程序 执行所 需要的时间 ， 必须保证 主 程序时间、 子程序时间、 中断程序时问之和明显小 于周期时间。每条指令的执行 时间通过用户手册 都可以获取 ， 在本程序 中由于整个 P L C程序还包 括参数报警触发与复位， 顺序联动控制等其他操 作 ， 所有程序都执行 一遍 大约需要 2 4 ms ， 因此将 执行周期设置为 5 5 m s ， 可保证程序可靠执行， 且 不会被新周期覆盖。 图3 所示为 P L C程序强电控制子程序中加载 电动机的控制梯形图， 其他电动机控制方式与加 载电动机相同。在 P L C控制模式 中， 电动机 的启、 停不论 自动还是手动均 由 P L C进行控制， 因此核 心控制部分在 P L C内部。程序 中 S M O ． 0是特殊寄 存器标志位 ， P L C上电后始终为 1 ， I O ． 1 对应手动、 自动开关的输入点； I O ． 2对应启动状态按钮的输 人点 ； Q o ． 1对应 P L C控制加载电动机接触器线 圈 的端口； V 2 0 4 ． 1 为 P L C内部寄存器标志位， 通过 4 8 5通信接收计算机传来的信号标志， 将该位置位 或复位从而控制加载电机启动、 停止。程序运行 时， 先检测 1 0 ． 1 是否上电， 上电了则进人手动状 态 ， 未上电进入 自动状态 ， 手动状态时检测 1 0 ． 2是 否有上升沿输人 按 一下 状态按钮会产 生一个 上 升沿 ， 每一个上升沿会使 Q o ． 1 的状态取反， 自动 状态时计算机把标志位直接传给 V 2 0 4 ． 1 ， 然后由 P L C传给 Q o ． 1 ， 从而控制加载电动机的启、 停 。 一。 ‘ 。 ‘ 卜 。 ‘L 卜 _ - ’ 怛 - { №T 图 3 P L C编程梯形 图 2 ． 4 P L C与计算机通信 s 7 2 0 0型P L C模块集成2 个 R S 4 8 5通信／ 编 程口， 具有 P P I 通信协议、 M P I 通信协议和自由方 式通信能力， 在实际应用中， 一个编程口与编程平 台相连作为编译 P L C程序使用 ， 另一个编程 口与 计算机通信 口相连， 作为计算机程序向现场设备 发送接收数用。S 7 2 0 0型 P L C模块 内部集成 了 M o d b u s 串行通信协议 ， 无需编程 ， 只需进行一个简 单的初始化 包括波特率， 字节长度 ， 开始位 ， 停止 位， 奇偶校验位， 起始内存地址设定， 内存大小设 定 ， 一次接受 最大字 符数 ， 接收 发送延 迟时 间设 定 ， 便可与计算机进行正常的通信。图4为 P L C 通信梯形图， 图中 S M O ． 1 为 P L C内部特殊寄存器， 在上电第一个周期为 1 ， 以后一直为 0 。P L C的工 作时序为周期性无条件循环 ， 借助 S M O ． 1 标 志位 ， P L C在上电第一个周期进行有效初始化 ， 从第二周 期开始就正常与外界通信。采用 M o d b u s 串行通 信协议， 该协议操作简单， 可靠性强， 便于移植， 如 果有保密方面的考虑， 则可以采用 自由方式通信， 通信协议由编程者自己制定， 因此， 即使程序被外 部人员非法拷贝， 也无法正常应用 ， 适合需要保密 时使用， 但要求编程人员对通信协议要制定得尽 可能完善可靠， 执行效率要高。 SMO ． ． ． ． M BUS l NI T EN l 一 M o d e Do n e 1 Ad d r Er r o r 9 6 0 0一 Ba u d l P a r i t y l 0． De l a y 1 2 8 Ma x l Q 3 2 Ma x Al 1 0 0 0一 M a x[ t ol d VB O一 Hol d St ～ 3 结束语 图 4 P L C通信梯形 图 M 0 ． 1 M B1 通过两种方式对试 验机开关量控制 的对 比， 很明显地看出用 P L C控制方式使操作面板中的按 钮减少 了一半 ； 电路结构大大简化 ； P L C内部具有 数字输入点防扰动处理， 现场干扰信号不会对 P L C 开关量的触发形成任何干扰。因此， 使控制性能 更加稳定 ， 并且不论手动还是 自动都是 弱 电控制 强电， 更安全、 可靠。 编辑 李超 强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m