基于PLC的工業現場控制及故障診斷技術

摘 要:基于PLC的現場控制，采用模糊控制和診斷理論，提高了系統的穩定性及抗干擾性，并將該項技術應用與工程實際中。對實際應用中采用的解決方案進行了詳細的解釋，并給出了相關的硬件選型和軟件解決方案，整個方案安全可靠、經濟實用，投入使用后得到良好的反應。

關鍵詞:PLC 模糊控制 模糊診斷

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0060-01

前言

在現實世界中，隨著工業過程日益走向大型化、連續化、復雜化，很多系統極其復雜，具有高度的不確定性、信息不精確性和大時滯等特性，并存在苛刻的約束條件，使常規控制無法得到滿意的控制效果。由此，先進的工業控制技術也就應運而生。先進控制的目標就是為了解決那些采用常規控制效果不佳甚至無法對付的復雜工業過程控制問題。

隨著相關技術的發展，工業現場控制技術的觀念也隨之發生深刻地變化。傳統的設備控制多采用定點或者采用高成本設備形式，并且不能根據設備運行狀態的變化進行動態調整且易受現場干擾，而基于PLC的工業現場模糊控制技術，使得我們突破原有的模式，從新的途徑去討論和研究相關問題。

1 系統結構圖

針對重大型零部件外形尺寸大，重量重，中小批量生產，噴涂作業工序多、作業時間長，工件吊運比較困難，難以利用常規手段進行噴涂作業等特點，目前國內常見的大型噴漆室室體及送排風裝置均為固定式[1]。為解決工件的吊運問題，噴漆室室體采用整體移動，下置雙側驅動，但是仍難以滿足超大型工件的要求，因此采用整體移動對接的形式，該設備的主要技術難點在于移動設備的對接和風口對接控制的實現。基于PLC為控制核心，所有的邏輯計算全部在PLC內部實現并進行連鎖控制和故障自動識別的控制系統可以滿足我們的要求[2]。

以2臺室體在4個工位間交替工作為例來說明移動對接功能的實現，如圖1所示的組合式移動噴漆室。組合式移動噴漆室采用2個移動室體，可單獨工作，也可根據需要組合工作，節省了工件的吊運、準備時間，提高工作效率。兩個噴漆室之間的通信通過OMRON的Controller Link和DeviceNet兩級總線控制網絡來實現[3]。

圖1所示為2工位組合式移動室體圖，其中A室體在1、2工位上移動，B室體在3、4工位上移動，當進行普通工件涂裝作業時，兩個室體可獨立工作，當進行超大型工件的涂裝作業時，將A室體移動到2工位，將B室體移動到3工位，然后執行對接作業，即可滿足需要。

2 解決方案及現場模糊控制技術

在實際應用中，現場情況較為復雜，采用測距的方式進行室體對接和風口對接不僅極大的提高了系統的成本，而且易受現場干擾，容易出現設備的誤動作。且移動裝置在實際應用中均存在一定的問題:

(1)因為某一個驅動損壞而導致其他的驅動裝置長期處于過載狀態，最后會導致驅動裝置的損壞，引起故障發生。

(2)在系統移動過程中，監控不方便，僅能對系統兩側是否到位進行檢測，如需對系統整體移動進行監控，則需要將傳感器更換為可以測量距離的，極大的提高了系統的成本。

(3)如果系統因為其他原因出現動力不足等因素，比如剎車抱死，氣壓不足，則系統運行速度遠遠變小，導致系統對接到位時間增加，這其實是一種系統故障，如果能及時的通過某種途徑進行系統故障的模糊診斷，則可以大大提高系統的穩定性。

因此如何有效地完成室體移動對接和移動風口的對接的模糊控制及診斷是整個工程中的核心部分。

通過對以上工程問題的學習和研究，我們希望提高系統的可靠性和可操作性，但是普通的解決方案會提高系統的成本及復雜性。通過對工程現場的研究，我們可以通過時間參數在PLC中的應用來進行系統模糊控制和診斷。PLC采用OMRON的CP1H系列進行控制。

系統首次運行時候，從開始位置移動到結束位置需要A秒，此時PLC將該過程中的A秒計入存儲器D1和D2，并在下一次開始移動的時候進行系統模糊控制和診斷。系統模糊控制依靠A秒的時間參數進行，即在1秒時顯示設備移動到1/A的位置，2秒時顯示設備移動到2/A的位置，依靠時間參數可以在極低的成本內完成系統模糊控制功能。假定第二次移動的時間為B秒，則將B秒數據計入D2并覆蓋上次計入的D2數據，系統監控始終以上一次移動所需的時間D2為基準。當系統的D2數據超過D1數據的20%時候，根據筆者系統調試經驗，此時系統已有出現故障先兆，應在現場進行故障報警，提醒操作者注意檢修等;當D2數據超過D1數據的40%時候，停止相關設備運行，必須進行設備檢修功能。依靠PLC時間參數A，我們可以較好的完成系統模糊控制，而依靠時間參數B，我們可以完成系統模糊診斷功能，這極大的提高了系統的穩定性。其相關程序如圖3所示。

4 結語

本文針對工業現場控制特點進行了初步探討，結合自身的知識和經驗，并通過對移動裝置的系統模糊控制和診斷技術創新方案的尋求過程，解決了在實際工程中遇到的技術難題，該設備已在齊齊哈爾某工廠投入使用。而在實際應用中，我們不僅可以通過時間參數，同樣可以通過其他參數，例如氣體壓力、電流大小等參數，將容易受工業現場干擾等的參數代替，通過PLC的模糊控制和診斷，提高工業現場控制的穩定性。

參考文獻

[1]楊昀，楊鳳軍.移動噴漆室的設計應用[J].成組技術與生產現代化，2008.

[2]肖淵，金守峰，張慧，等.基于觸摸屏和PLC的B423型針梳機自調勻整裝置控制系統設計[J].制造業自動化，2009.

[3]吳劍英，吳亦鋒，余尤好.PLC網絡技術在排澇站控制中的應用[J].機電工程，2010.

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