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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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唐山西门子一级代理商变频器供应商
根据实践中的摸索，总结出两种解决PLC输入点不足问题办法
其一是把多个要输入的信号，先通过外部元件的逻辑组合，然后再接入到PLC的一个输入点上；其二是不需要增加任何元件，通过运用PLC内部的逻辑组合，把连接到输入端的开关变成双稳态开关，来实现我们节省输入点的目的。
下面以工业控制中常见到的电动机的启动停止控制为例，具体来探讨这两种方案的实现方法。为了叙述的方便，我先做这样的定：PLC系统采用西门子公司的S7-200系列；电动机启动按钮为SB1,定义号为I0.0；停止按钮为SB2，定义号为I0.1；控制电动机的接触器定义为KM1;控制接触器KM1的PLC输出点定义为Q0.0。
方案1：启动、停止按钮SB1和SB2不是单接到PLC的输入端，而是先把SB1与SB2进行串联再连接到输入模块，这样就节省了一个输入点。控制流程是这样的：按下启动按钮SB2，I0.0输入高电平，Q0.0有输出信号，带动接触器KM1吸合，启动电动机旋转，同时接触器的辅助触点吸合，维持I0.0的高电平，从而电动机的旋转得以保持；按下停止按钮SB1，I0.0变为低电平，Q0.0便由高电平变为低电平，从而使KM1失电，电动机停止旋转。
另外一种解决输入点不足的方法是通过软件来实现，这种方案的接线非常简单，直接把一个按钮连接到PLC输入端，我把它定义为I0.0,但按下这个按钮，可以启动电动机旋转；若再按下这个按钮，又可以使电动机停止，即这个按钮是双稳态的。
我们来看它是如何实现的：按下按钮，I0.0为高电平，由于初始状态下M0.0是逻辑0，只有网络1中有电流流过，M0.1置位，从而在按钮释放后，Q0.0点输出，Q0.0激励KM1，使电动机旋转；同时M0.0变为逻辑1，为M0.1复位做好准备。如果此时再按下按钮，又只能使网络2中有电流流过，M0.1复位。它的复位使Q0.0失电，电动机停止，同时使M0.0复位，又为M0.1置位做好准备。再按下按钮，又会重复上述循环。之所以在网络3支路中串入I0.0，是为了取一个瞬时信号，保证按下按钮并等释放了以后，才使状态发生改变。如果您持续按着按钮不释放，PLC仍维持原来的状态不改变。
以上两套方案都是切实可行的，具体采用哪一种，那还要根据您实际的使用条件来决定，切莫盲目套用。
1、概述
随着计算机控制技术的发展，以微处理器为的可编程序控制器（PLC）控制已逐步 取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿 井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高 。
岱庄煤矿是1999年设计竣工的生产能力为1.8Mt／a的现代化矿井，井下涌水量较大，泵 设计安装了5台MD500-57×9主排水泵，配套电动机1250kW，3趟排水管路。正常涌水时，2 台工作，2台备用，1台检修。鉴于PLC的性和性，煤炭工业邯郸设计院对5台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到地面生产调度，进行实时监测及报警显示。
系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调 度5台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地 反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、3趟排水管流量等 参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行、操作方便 、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。
2、 系统组成
岱庄煤矿泵房井下主排水泵自动化控制系统图如图1所示，整个自动控制系统由数据自 动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。
2、1数据自动采集与检测
数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。
模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、3趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。
数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变 化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。
在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中频率成分的2倍以上，这样经A/D变换的精度可恢复到原来的模拟信号精度。A/D变换的精度取决于A/D变换器的位数。如5V电压要求以5mV精度变换时，精度为5mV/5V=0.1%,即1/1000十进制的1000用二进 制表示时要求为10位,而本系统所采用的A/D模块分辨率为16bit,其精度在±0.05%以上，该精度等级足以满足控制系统要求。同时，PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。
图1岱庄煤矿井下主排水泵自动化监控系统图（略）
2、2自动轮换工作
为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井，本系统程序设计了5台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使 用次数及等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相 应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自 动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井生产的目的。
2、3自动控制
系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机 架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓 水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时 间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制5台水泵运行。
为了保证井下生产，系统运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和中电价时开启水泵，用电高峰和电时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。
2、4动态显示
动态模拟显示选用日本Digital公司的GP-570T型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能 进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值 。
用图形以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、低段、高段、高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。
采用图形、趋势图和数字形式直观地显示3趟管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示新出现的3条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。
2、5通讯接口
PLC通过通讯接口和通讯协议，与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PL C，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经生产监测系统分站传至地面 生产调度监控主机，与全矿井生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。
3、 系统功能及特点
（1）PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具 有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。
（2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。
（3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便自动启动备用真空泵。
（4）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。
（5）PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
（6）在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温 度、电流、电压等参数，限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。
（7）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。
（8）系统保护功能有以下几种。
温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现限报警。
流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本 台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。
电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。
电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。
（9）系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。
模拟量输入单元——C200H-AD003(8通道、4～20mA输入)
模拟量输出单元——C200H-DA004(8通道、4～20mA输入)
热电阻输入模块——C200H-TS102(4通道、热电阻信号输入)
热电偶输入模块——C200H-TS002(4通道、热电偶信号输入)
开关量输入单元——C200H-ID212(16点、直流输入)
开关量输出单元——C200H-OC225(16点、继电器输出)
2.1.3 变频器混炼机、喂料机、熔融泵和切粒机分
1 引言
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。
机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。
传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。
2 机械手的动作流程
传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。
机械手及传送带C 顺序动作的要求是：
1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；
4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；
8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。
9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。
3 PLC选型及其I/O点编号分配
3.1 PLC的选型
由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。
PLC断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。PLC复电或重新投入运行后，由于保持继电器HR具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得HR000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。
4.2 程序运行
按下起动按钮SB1，输入点0000为ON,则作为互锁条件的辅助继电器1000为ON，互锁指令IL接通，IL与ILC之间的线圈正常工作，“全部输出禁止”解除。若(抓图1)常闭触点都为ON，保持继电器HR000接通，输出点0503使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点0005闭合，保持继电器HR001 接通，HR000复位，输出点0501使左转电磁阀得电，手臂左转。......以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到HR008为ON时，输出点0506使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器TIM00计时。当计时2，状态又转移到HR000，程序又重新从工步开始循环。
停止时，按下停止按钮SB2，0001断开，辅助继电器1000为OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为ON的工步动作。
5 结束语
本文介绍了日本OMRON公司生产的C系列P型小型多功能PLC在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获得了成功的应用。