PLC在鋸床電氣系統的改造應用

摘 要：自1969年世界上第1臺可編程控制器（Programmable Logic Controller PLC）在美國誕生以來，PLC走過了30多年的發展歷程，以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、功能強等特點，在工業過程控制及其它控制中得到了廣泛的應用。本文探討一下PLC在大型帶鋸機床改造中的應用。

關鍵詞：PLC；可編程控制器；梯形圖；鋸床；改造；原理圖

1 前言

可編程序控制器，具有工作可靠、編程簡單、使用方便、設計和調試周期短等優點，因此在工業過程控制及其它控制中得到了廣泛的應用，尤其是在我國當前急需對一大批設備更新改造的形式下，選用PLC技術作為改造的主體方案是非常明智的。

G4250帶鋸床現在物配中心為各分廠做下料任務。G4250帶鋸床切削直徑大，切削速度快，擔負著為各分廠鋸切大直徑原料的任務，一旦損壞將影響各分廠的原料供應，影響正常生產。由于該機床現已運行多年，采用電氣元器件較多且老化嚴重，機床頻繁發生各種故障，現已嚴重影響生產。應公司要求對該機床進行PLC改造。使其故障率明顯降低，更加安全、穩定的運行。

2 可編程序控制器原理、功能

2.1 PLC的組成及工作原理

可編程序控制是一種工業控制計算機，其硬件系統由CPU、存儲器、I/O接口、I/O擴展接口和電源等部分組成。

2.1.1 中央處理單元（CPU）

CPU是整個PLC的核心，其主要功能是接收并儲存從計算機或編程器輸入的用戶程序和數據，檢測系統的工作狀態，執行指令規定的任務。

2.1.2 存儲器

PLC的存儲器包括系統存儲器，用戶程序存儲器和數據存儲器。系統存儲器用來存放系統程序，鍵盤輸入處理程序，翻譯程序，信息傳送程序，監控程序等系統軟件。

用戶程序存儲器是用來存放用戶編制是應用程序，用戶程序是PLC用戶根據現場生產過程及控制要求而編寫的控制程序。

數據存儲器包括只讀數據存儲內存和讀/寫數據內存。讀/寫數據內存可用來存儲PLC程序運行過程中產生各種中間結果。

2.1.3 輸入/輸出（I/O）接口

I/O接口是PLC與工業現場的輸入輸出設備之間的連接部件，包括數字I/O和模擬I/O兩種。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波部件，其作用是把PLC與外部電路隔離開，以提高PLC的抗干擾能力。

PLC采用掃描工作方式，通過“采集輸入量，執行程序，輸出控制量”的循環掃描方式實現程序的運行，掃描就是從第一條指令開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的地址號執行指令，直至最后一條指令，然后再從頭開始掃描，如此循環。

（1）輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序對所有輸入端的輸入狀態進行采樣，并存入輸入狀態寄存器中，接著進入程序執行階段，在程序執行階段或輸出階段，即使輸入狀態發生變化，輸入狀態寄存器中的內容也不會改變，輸入狀態的變化要到下一個掃描周期的輸入采樣階段才能被讀入。

（2）程序執行階段

在程序執行階段，PLC對程序按順序逐行進行掃描并執行，在梯形圖中，程序總是按先上后下，先左后右的順序進行，CPU執行程序時根據輸入狀態寄存器中的內容按用戶編好的程序要求進行運算處理，運算結果存入輸出狀態寄存器中，在這個階段CPU與輸入輸出端的狀態無聯系。

（3）輸出刷新階段

當程序執行完畢后，輸出狀態寄存器中的內容轉存到輸出鎖存器輸出，驅動外部負載。

由于PLC對輸入狀態的采樣只在輸入采樣階段進行，當PLC進行程序執行階段后輸入端的狀態變化CPU無法讀取，要到下一個掃描周期開始的輸入采樣階段才會被CPU讀取到，輸出端的狀態刷新也是同樣道理。這樣當PLC采用了集中輸出的方式時，如果程序較長，則程序運算時間相對較長，導致一個掃描周期就比較長，這樣就會影響CPU對輸入輸出的速度。對于I/O點數少的小型PLC，一般程序也不會太長，影響較小，但對于I/O點數多的大中型PLC，其控制能力強，用戶程序也較長，這時為提高系統的響應速度，可以采用定期輸入采樣，輸出刷新或采用中斷方式來提高響應速度。

2.2 PLC的主要功能

2.2.1 條件控制

可編程序控制器設置了與（AND）、或（OR）、非（NOT）等邏輯指令，能處理繼電器觸點的串聯、并聯、串并聯等各種連接。因此，它可以替代繼電器進行開關控制。

2.2.2 定時計數控制

可編程序控制器為用戶提供了若干定時器/計數器，并設置了定時/計數控制指令。定時器/計數器的設定值可在運行中被讀出或修改，使用靈活，操作方便。程序投入運行后PLC將根據用戶設定的定時值/計數值對某個操作進行定時/計數控制，以滿足生產工藝要求。

2.2.3 步進控制

PLC提供了若干個移位寄存器，可用于步進控制，即在上道工序完成后，再 進行下一道工序。目前，有些型號的PLC還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用極為方便。因此，更容易實現步進控制的要求。

2.2.4 D/A、A/D轉換

目前大多數PLC均具有D/A、A/D轉換功能，以實現對模擬量的控制和調節。

2.2.5 數據處理

2.2.6 通訊聯網

目前，PLC采用了通訊技術，可以進行遠程的I/O控制，多臺PLC之間可以進行同位連接，PLC可以與上位計算機進行連接，接受計算機的指令，并將執行結果通知計算機。PLC在通訊系統中一般采用RS-232或RS-422接口。

2.2.7 監控

PLC配置了較強的監控功能。它能記憶某些異常情況，或在發生異常情況下自動中止運行。在控制系統中，操作人員通過監控命令可以監視有關部分的運行狀態。

3 G4250帶鋸床的PLC改造

3.1 G4250工作動作情況及安全保護

（6）下降按鈕只有在未起動前起快進功能。

（7）鋸架上升：鋸架上升到位和點動鋸架上升可選擇。

（8）鋸切工作時：可選擇鋸切完后鋸架是上升還是在下不動，若需上升鋸架延時1S再上升。

（9）保護停車工作時，鋸架會上升0.1S再停，以免卡齒。

（10）在鋸切工作時，除急停和上升按鈕外，其他操作均失效。

（11）夾緊與張開互鎖。

（12）微動動作僅在鉗中夾緊再松開時體現0.1S。

3.2 電氣原理圖

改造后此機床共用4臺電動機：輸料電動機1.1KW、主電動機5.5KW、液壓電動機1.5KW、冷卻電動機0.12KW；控制回路電壓采用110V，照明采用12V安全電壓。

3.4 PLC的選擇

3.5 PLC梯形圖

編制PLC程序，該PLC可在編程時使用母線控制指令，采用新的設計思路，可縮短編程時間，使程序容易理解，程序每部分清晰、明了，在調試時能很快的發現不正確的動作狀態，便于修正程序。

4 結論

用可編程控制器改造舊機床電氣系統，在現有企業里是非常現實的技術改造方案，具有投資省、見效快的特點。通過使用PLC改造G4250帶鋸床電氣系統后，使線路簡化，使聯鎖保護功能更加完善。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數大大減少，提高了工作效率，而且還給以后維修時準確判斷電器故障的發生部位提供了很大的方便。