常敬毅 董志斌 侯许浩 于 铮 赵 莉

(1.一拖洛阳福莱格车身有限公司，河南 洛阳 471003;2.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052;3.郑州煤矿机械集团股份有限公司，河南 郑州 450013)

1 引言

工业控制系统的设计，必须把可靠性和安全性放在第一位，而压力机控制系统的安全性设计尤为重要，其电气方面的安全要求应符合GB5226的有关要求。设计一个可靠的PLC系统，应从硬件和软件两方面考虑。硬件方面包括合理的外围电路设计、PLC的选型及元器件的选择等;软件方面的设计，可以采取对输入点进行滤波、对输出点进行备份、对压力机的主要器件增加检测、对控制过程增加冗余、对通信数据进行校核等措施，提高系统运行的可靠性。

2 硬件设计

2.1 硬电路设计

控制电路要采用双重(信息)控制电路。电路中的主要元件或触点均为双重设置，并分别在电路上重复进行控制，具有必要的联锁、自检、互检和监控功能等。在主电机控制方面，600T、800T等大吨位的压力机主电机功率一般都超过75kW，启动时电流较大，会对电网造成干扰。干扰信号通过电网进入PLC，不利于系统的可靠稳定运行。因此，主电机启动应采取Y－△等降压启动方式以减少对PLC和电网的干扰;另外，进入PLC的电源应加强滤波。大功率的感性负载的通断会引起火花，产生包含低频和高频的电磁干扰，影响PLC的运行。采用消火花电路可有效减少火花带来的干扰，直流电路可采用在负载并联续流二极管的方法，交流电路可以在负载并联阻容或压敏电阻。PLC带负载能力:对电阻负载来说一般0.5～2A，对电感性负载来说一般在80VA以内。而压力机离合器电磁阀和润滑油泵等负载较大，所以PLC控制这些负载应采用中间继电器过渡。在硬件系统设计方面，需要保证当PLC发生异常或者故障时，压力机也能安全地停止工作。

为了压力机系统的安全，控制系统应增加除PLC控制电路以外的冗余控制电路;增加防止压力机二度落下的安全开关，此开关应为可见触点开关并接于离合器的硬件控制电路中。压力机的滑块位置的极限位置限位开关应直接接入接触器回路，能够可靠地切断设备电源。

为了系统的安全，在有可能发生机械损坏、造成安全事故等的部分，应在外部设置连锁回路。诸如电动机的过载保护、电动机的正反转的连锁信号都应该直接接在接触器回路，不应该接到PLC的信号输入回路。

触摸屏已成为PLC的最佳人机对话工具。压力机的曲轴位置检测信号，各部件、关键元器件的检测信号等作为PLC的输入信号，这样就可通过触摸屏简单明了地显示压力机曲轴的位置和运行情况，显示每个元器件的运行状态;还可通过触摸屏的历史记录来反映压力机的故障情况和解决方法，使用这种方法可以使压力机调试人员更轻松，可以帮助操作人员确认系统工作正常，故障得到及时反映并得到及时处理。

紧急停止按钮也是不能忽视的设计，特别是大吨位压力机，为了压力机工作安全，必要时可以在多个关键地点设置多个急停按钮。

2.2 PLC 的选型

虽然PLC是专门为工业现场设计的，抗干扰性、可靠性已经做得非常好了，但在实践中发现，各种品牌的PLC抗干扰能力不一样。有些品牌的PLC的抗干扰能力较差，系统设计时，就要加强电源的滤波及接地。PLC的选型要注意输入输出点数留有一定的裕量，特别是高速压力机控制系统的设计。因为压力机特别是高速压力机是和板料校平机、送料机等周边设备一起同步工作的，因此，压力机的PLC要给这些设备留有控制输出接口，并且留有检测周边设备运行状态的输入接口。另外，新设计的系统由于设计时考虑欠周到，或者说出于新增一些功能都需要额外的输入输出点。

2.3 外围元件的选型

压力机外部故障统计数据表明，PLC控制系统的故障有80%以上是外围元器件所造成的，可见外围元器件的选型对PLC控制系统的可靠性是非常重要的。变频器的选型尤为重要，有些变频器对周围环境产生较强的电磁辐射，使PLC无法正常工作。非接触式的接近开关优于接触式的限位开关，按钮、接触器等电器元件应选择新型高可靠性的，这样虽然制造成本有所上升，但PLC控制系统的可靠性得到了大大的提高，设备故障引起的损失得到了最大限度的降低;同时也提高了产品质量，降低了产品售后服务费用。

3 软件设计

3.1 对输入电进行滤波

很多型号的PLC可以对输入点进行滤波设定。这可以减少干扰输入信号造成的误动作。如果PLC的输入不能进行滤波设定，可以在编程时进行软件滤波。这样做在压力机的PLC控制系统中很有必要，因为压力机工作震动较大，装于机身上的气压压力继电器、油压压力继电器、运行检测开关等电器元件由于震动产生短时的误动作。另外，系统启动时也容易产生误检测。

用11D触点代替PLC运行常开触点M8000;用T1触点代替X001输入点，震动引起的瞬间干扰信号不会触发T1，系统不会产生误动作。当然这样做会对系统的时实性造成一定的影响。主要程序如图1所示。

3.2 对输出进行备份

PLC输出继电器的容量比较小，电阻负载一般2A/点以内，电感负载80VA左右。在使用中控制离合器接通、滑块计数等触点，由于负载容量较大、通断频次较高等原因而失效。由此可能造成压力机安全事故，这在压力机设计中应极力避免。出现了PLC输出触点失效的问题，可以用换一个PLC内的小继电器的方法来解决;也可以重新编程用一个未使用的触点去替换损坏的触点的方法解决。但用户往往不愿意或者不具备解决问题的条件，在程序设计时可以用空余的输入输出点进行备份。例如:利用空余的输入点X002、X003、X004和输出点 Y010、Y011 对已使用的 Y000、Y001、Y002、Y003触点进行备份，如图2所示。当Y000处点损坏后，只要接通输入点X002就可以启动Y010对Y000的备份了。

3.3 对压力机离合器增加冗余控制

压力机运行过程中，由于种种原因和故障，滑块行程停止指令发出后，离合器不能失电，滑块不能得到制动而停车，造成压力机过冲事故。可在程序设计时增加时间冗余控制。程序如图3所示。

4 结束语

良好的硬件设计和软件设计能够保证系统的可靠运行，能够提高压力机的可靠性和安全性。系统的硬件一般来说是相对固定的，但系统的软件是可以不断升级的。一个好的软件设计能够保证系统的可靠运行，也能够在一定程度上弥补硬件设计的不足，但系统或压力机的可靠性还是由硬件来保证的。

［1］张进秋.可编程控制器原理及应用实例［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［2］王冰.增强 PLC驱动能力的扩展设计［J］.锻压机械，1998，(3).

［3］齐占庆主编.机床电气控制技术［M］.北京:机械工业出版社，1994.

［4］柳昌请.机械电子学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003.