吳國蓁

（重慶材料研究院有限公司，重慶 400707；國家儀表功能材料研究中心，重慶 400707）

基于PLC的壓縮空氣站多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳國蓁

（重慶材料研究院有限公司，重慶 400707；國家儀表功能材料研究中心，重慶 400707）

為了解決工業(yè)制造企業(yè)多工序?qū)嚎s空氣站的不同需求，操作不便等問題，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以可編程邏輯控制器PLC為核心，滿足不同工序遠(yuǎn)程啟停、相互獨(dú)立、延時(shí)停機(jī)等功能，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣站的便捷控制、無人值守和節(jié)約能耗。

壓縮空氣站；PLC；遠(yuǎn)程控制；控制系統(tǒng)

壓縮空氣站在工業(yè)制造企業(yè)中擔(dān)負(fù)為氣動(dòng)負(fù)載和氣動(dòng)工具提供動(dòng)力氣源的關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)壓縮空氣站多采用本地繼電控制，只能在本地啟停，操作不便。某企業(yè)一套空壓站氣源供應(yīng)多個(gè)工序，其中某一工序工作完畢還不能關(guān)閉空壓站，需所有工序工作完畢才能關(guān)閉。針對(duì)某些特定工序，需要延遲關(guān)閉空壓站，還需配備專人值守，以確?？諌赫灸芗皶r(shí)關(guān)閉，避免能源的浪費(fèi)。本文設(shè)計(jì)了一種以PLC為控制核心的多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，根據(jù)某企業(yè)不同工序的需求，設(shè)置多工序遠(yuǎn)程控制開關(guān)，獨(dú)立控制空壓站，并通過PLC程序有效識(shí)別，各工序互不影響，相互獨(dú)立。對(duì)于特殊工序，可實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)閉，無需專人值守。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)空壓站的遠(yuǎn)程便捷控制、無人值守，大大降低了能耗。

1 多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

壓縮空氣站由一臺(tái)螺桿式空壓機(jī)、MAM-880微電腦控制器組成。微電腦控制器自帶遠(yuǎn)程/本地選擇控制和3路開關(guān)量輸入接口，并有相序保護(hù)、缺相保護(hù)和電機(jī)保護(hù)功能。多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主控制器選用S7-200 PLC，該控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[1]，因此，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中。多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過調(diào)用MAM-880微電腦控制器的開關(guān)量輸入接口，用S7-200 PLC設(shè)計(jì)多路開關(guān)量輸入，經(jīng)程序算法輸出開關(guān)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)空壓站遠(yuǎn)程7工序獨(dú)立啟停，特殊工序延時(shí)關(guān)閉的功能。其具體功能如下：①7工序遠(yuǎn)程獨(dú)立啟動(dòng)、停止。控制系統(tǒng)設(shè)置7路鑰匙開關(guān)，分別控制7道工序，每道工序獨(dú)立控制，互不影響。啟動(dòng)空壓站時(shí)，只需撥動(dòng)鑰匙開關(guān)至“開”狀態(tài)，空壓站經(jīng)6 s星角降壓?jiǎn)?dòng)完畢，工作指示燈點(diǎn)亮。停止空壓站時(shí)，只需撥動(dòng)鑰匙開關(guān)至“關(guān)”狀態(tài)，空壓站經(jīng)10 s轉(zhuǎn)至空載運(yùn)行后延時(shí)停機(jī)。②特殊工序需要延時(shí)停機(jī)的，撥動(dòng)鑰匙開關(guān)至“關(guān)”狀態(tài)后，當(dāng)前工序啟動(dòng)指示燈以0.5 s的頻率閃爍，直至預(yù)置時(shí)間到后自動(dòng)停機(jī)。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要包括S7-200 PLC控制器、斷路器和中間繼電器。PLC控制器選用CPU 224 CN（AC/DC/RLY）型，其集成有14位數(shù)字量輸入和10位數(shù)字量輸出模塊[2]，滿足系統(tǒng)I/O點(diǎn)的設(shè)計(jì)需求。PLC集成輸出點(diǎn)具有帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器線圈，方便可靠。同時(shí)，它還集成有24 VDC輸出，能為傳感器提供動(dòng)力電源。硬件接線如圖1所示。PLC控制器有1個(gè)RS-485通信接口，支持PPI主站/從站、MPI從站和自由口協(xié)議[3]。系統(tǒng)通過PC-PPI電纜實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與硬件的通信，時(shí)時(shí)上載和修改參數(shù)，通過集成DO接口驅(qū)動(dòng)中間繼電器輸出開關(guān)量，與空壓站MAM-880微電腦控制器1，3端子交互控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)運(yùn)行反饋由空壓站主電機(jī)接觸器輔助觸點(diǎn)輸入，反饋信號(hào)穩(wěn)定、可靠，確保使用人和PLC控制器有效識(shí)別和判斷空壓站的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 PLC硬件接線圖

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用西門子公司STEP 7-MicroWIN V4 SP3編程軟件，STEP7采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，程序可讀性強(qiáng)，調(diào)試和維護(hù)方便[4]。系統(tǒng)通過主程序?qū)Ω鱅/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用相關(guān)程序算法實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓站狀態(tài)的識(shí)別、延時(shí)時(shí)間的設(shè)定、停機(jī)條件的判斷。

3.1 常規(guī)工序軟件設(shè)計(jì)

空壓站啟停時(shí)，撥動(dòng)鑰匙開關(guān)，PLC檢測(cè)到有開關(guān)量信號(hào)輸入，PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)觸發(fā)輸入寄存器I0.x動(dòng)作，邏輯能流觸發(fā)內(nèi)部寄存器Mx.0，從而觸發(fā)輸出寄存器Q0.x，驅(qū)動(dòng)24 VDC工作指示燈。同時(shí)，啟停指令通過內(nèi)部寄存器Mx.O傳遞到空壓站啟停程序網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中用上升沿|P|指令檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)，下降沿|N|指令檢測(cè)停機(jī)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)輸出寄存器Qx.0控制中間繼電器，將啟停信號(hào)發(fā)送給MAM-880微電腦控制器，實(shí)現(xiàn)空壓站的啟動(dòng)和停止。

3.2 特殊工序軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)空壓站延時(shí)停機(jī)功能，控制程序用100 ms時(shí)基T3x定時(shí)器與計(jì)數(shù)器Cx組合使用，用T3x定時(shí)器的常開觸點(diǎn)使增計(jì)數(shù)指令（CTU）在每一個(gè)（CU）輸入的上升沿從當(dāng)前值開始計(jì)數(shù)，直至預(yù)設(shè)值（PV）。每一次計(jì)數(shù)，定時(shí)器的時(shí)基改變?yōu)橛?jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值與PT、時(shí)基的乘積。計(jì)數(shù)器的復(fù)位，由計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值（PV）和當(dāng)前工序正在運(yùn)行2個(gè)條件判斷，二者有一條件成立，計(jì)數(shù)器指令復(fù)位。通過計(jì)數(shù)器Cx的邏輯輸出，Cx常閉觸點(diǎn)控制內(nèi)部寄存器Mx.O，延時(shí)控制輸出寄存器Qx.0，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)的控制。特殊工序軟件設(shè)計(jì)啟停原理與常規(guī)工序軟件設(shè)計(jì)一致，PLC用下降沿|N|指令檢測(cè)停機(jī)信號(hào)，檢測(cè)到停機(jī)信號(hào)時(shí)，用SM0.5指令產(chǎn)生脈沖，控制工作指示燈以0.5 s的頻率閃爍，直至自動(dòng)停機(jī)。停止空壓站的運(yùn)行需進(jìn)行停機(jī)條件的判斷，查看其是否符合停機(jī)要求，只要有一道工序還在工作，不滿足停機(jī)要求，系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行，直至所有工序均發(fā)出停機(jī)信號(hào)，控制程序邏輯取反|NOT|指令才能實(shí)現(xiàn)停機(jī)的檢測(cè)和控制。軟件控制程序流程如圖2所示。系統(tǒng)用SM0.5指令產(chǎn)生0.5 s持續(xù)脈沖，定時(shí)器TON、TOF和計(jì)數(shù)器Cx組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)基的延時(shí)設(shè)定，邏輯取反|NOT|指令和負(fù)跳變指令ED判斷停機(jī)要求。在程序控制過程中，為了更好地保護(hù)空壓站的硬件設(shè)備，程序上采用啟停指令延時(shí)和互鎖軟保護(hù)設(shè)計(jì)，有效避免了軟硬件的沖突和損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖2 軟件控制程序流程圖

4 結(jié)論

基于可編程邏輯控制器PLC的壓縮空氣站多用途遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同工序遠(yuǎn)程啟停、相互獨(dú)立、延時(shí)停機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)了空壓站便捷控制，大大降低了能耗，而且工作過程無需人員值守，有效提高了工作效率。

［1］姚福來，孫鶴旭，楊鵬，等.變頻器、PLC及組態(tài)軟件實(shí)用技術(shù)速成教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］吳志敏，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］西門子.西門子 S7-200系統(tǒng)手冊(cè).［EB/OL］.［2017-10-17］.http://www.siemens.com.cn，2009/.

［4］西門子.西門子 S7-200選型手冊(cè).［EB/OL］.［2017-10-17］.http://www.ad.siemens.com.cn，2009/.

吳國蓁（1987—），男，本科，主要從事工業(yè)控制方向的工作。

〔編輯：白潔〕

TF305

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.105

2095-6835（2017）24-0105-02