PLC在工程機械上的應用

尹湘安

中國水利水電第八工程局有限公司，貴州貴陽 550008

本文主要以建筑工程施工中所應用到的可連續工作的土方開挖機為例，進行了PLC 在工程機械上的應用分析。由于土方開挖機始終工作在條件惡劣的環境中，且單次作業的持續時間非常的長，這就使得在傳統人工操作中其性能得不到最大程度的發揮，而將PLC 應用其中，通過提高土方開挖機的自動化水平，能夠在很大程度上提升其性能。

1 土方開挖機的控制功能概述

該土方開挖機所必須具備的幾項基本控制功能應當包括挖掘鏈右擺控制、挖掘鏈左擺控制，挖掘鏈下降控制、挖掘鏈上升控制，翻轉架下放控制、翻轉架上升控制，浮動控制，手動與自動模式切換控制，挖坑與挖壕選項控制，以及轉向、換擋、急停等十六項基本控制功能。在該文中，還要將無線控制回路應用其中，實現車內控制與車外遙控控制均能用作土方開挖機操控。

1.1 土方開挖機車上控制回路

要依據土方開挖機車內的傳感器信號輸入以及電位器信號輸入，來對開挖機進行動作控制，該動作應當包括行駛動作以及專業作業動作兩個方面。在按照預先制定的任務完成開外作業時，還要針對過程中可能出現的異常、失誤進行警報提醒，并做出相應的彌補處理，比如中斷操作。除了這些作業動作控制，還應當有換擋、轉向、油門調節、制動等控制能力。

1.2 土方開挖機無線遙控回路

以遙控的方式實現對土方開挖機的控制，要將控制信號發送至PLC，通過PLC 來做出進一步的控制；同時，PLC 還要將與開挖機狀態相關的主要數據發送給遙控控制器，并實現即時同步，這樣才能夠保證開挖機的狀態始終處于操作人員的控制之下。在使用遙控器對開挖機進行操作控制的時候，控制器還應當針對控制命令給出合理性提示，再者就是當開挖機在作業過程當中出現異常情況時，也應當發出警報，并提供相應的決策建議。

2 土方開挖機PLC 應用的技術實施方案

從預先規劃的土方開挖機基本控制功能來分析，在此控制系統中所關系到的對象包括有油門遙控執行裝置、變量泵、電磁閥、液力變速箱、報警燈以及轉向遙控執行裝置等。在這些所有的裝置配件中，屬于模擬量輸入信號的有油門遙控執行裝置、變量泵以及轉向遙控執行裝置總的來說，要在土方開挖機上實現PLC 控制，要實現對10 項模擬量輸入與輸出控制，以及38 項數字量輸入與輸出控制，加之編程過程較為復雜，所以要實現整個系統的要求較高。為實現該系統，本文對土方開挖機選用了MIEMENS S7-200 的226 型PLC 控制器，為了滿足系統中對所有信號的輸入/輸出控制，還選用了EM223、EM232 各一個，以及EM235 兩個。

3 土方開挖機PLC 系統實現

3.1 土方開挖機PLC 初始化系統的實現

當PLC 控制系統通電后，其首先應當完成的一項工作內容便是初始化。整個PLC 控制系統的初始化由兩個部分組成，分別是自檢階段以及遙控狀態初始。

第一，系統自檢。系統自檢的主要工作內容是，當土方開挖機的外部運行條件不適宜，或是系統自身存在異常，便立即給出提示并暫掛或終止程序執行，提供相應的處理建議。如果是PLC 系統自身有異常而導致自檢無法通過，一般都是由于上電不正常、擴展模塊不存在等問題造成的；外部原因的話可能性較多，總之可能導致開挖機作業發生意外，且能夠被檢測到的因素均能算在其中；

第二，遙控狀態位的初始化。在該初始化過程當中，主要包括了遙控狀態以及主要自由端口設置兩個部分的內容。本文土方開挖機PLC 系統采用了RS485 進行指令接收，所以要針對性的進行參數設置、選擇，比如波特率以及端口號等等。在進行遙控狀態初始化的時候，首先要將寄存器內上次控制后保存下來的狀態值清除，然后調整到預先設定的初始化狀態。

3.2 土方開挖機PLC 控制系統的車上控制

要在土方開挖機車上進行PLC 系統控制，主要是依據控制面板上的開挖機的作業狀態來執行，它可以分為人工操作與自動操作兩種模式，人工操作應當進行適時的變化調整，自動操作則是通過預先設定工作模式、轉速以及時間等參數來完成。

3.3 土方開挖機PLC 控制系統的遙控控制

第一，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，但是在時長4s 內不能接收到來自控制器的相關信號，則應當立即停止運作，所有作業動作終止，一切狀態掛起；第二，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，且接收到了相關的信號，首先要對信號指令做出預先的有效性驗證以及合理性判斷，一方面是判斷信號指令是否合法，另一方面判斷操作是否會造成異常或是事故等，并根據判斷結果來選擇執行與否；第三，為防止由于丟失數據而產生遙控中斷現象，控制系統中采用了一問三答的情況。控制系統每收到一次遙控器發出的指令，做 3 次應答，返回車輛的當前工作狀態，每次返回應答間隔 0.4s。整個控制系統軟件采用了模塊化程序設計方法。模塊化的程序設計方法，是 PLC 程序設計最有效、最基本的方法。程序結構分析和設計的基本任務是以模塊化程序結構為前提，以系統功能要求為依據，按照相對獨立的原則，系統設計了 1 個主控程序、15 個子模塊和 2 個中斷模塊（響應遙控信號）。

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