用PLC改造旧电控系统的几点体会

【关键词】　漏检　脉冲信号　时序　系统响应时间

　　【摘　要】指出了一种由于设计原因而引起的漏检现象，并提出了相应的解决方法，并探讨了应用PLC改造旧电控系统中的几个容易忽略的问题。

　　一些八九十年代设计生产的机械设备还是继电器控制系统，复杂一点的系统中可能含有大量的继电器和各种电路板，故障的查找和排除是非常困难的。随着PLC技术飞速的发展，旧系统的改造和升级变的更加方便。在此想结合工作中碰到的一个实例谈几点体会，以为抛砖引玉之谈。

　　（一）与机械配合的问题

　　在旧电控系统中，电气与机械配合的地方，我们往往只被告知其结果，至于其设计思想一般并未言明，如果不理解透彻，改造起来就不敢越雷池半步。我们不能仅局限于电气部分，与机械部分配合可能会有事半功倍之效。

　　我单位原有的6000型包装机电气部分是一种典型的继电器控制线路，维修起来比较麻烦。外单位用OMRON C200HPLC改造以后就方便多了，但是存在一个无规律漏检的问题。正常时，每包烟中应有20支烟，如果因为烟支在盒模中散乱，偶尔有19支烟压下20支探针，而使电气系统认为其是合格产品，从而造成漏检是可以理解的，这是机器固有的设计缺陷，GDX2包装机在这方面的改进就做的很好，在此不便展开多谈。但是在机械、电气部分正常时，甚至发生一包烟中只有十三、四支烟的漏检，这就让人感到困惑，因为十三、四支烟无论如何也压不下20支探针。维修过6000型包装机电气的人都知道，时钟信号和烟包选通脉冲信号，这两个信号的任何一个缺失就可能造成漏检。这两个信号是由与机器同步的凸轮片在槽型接近开关中产生的。在车速为225包/分时，我们用示波器观察，时钟信号存在的时间约为10ms，烟包选通脉冲信号约为25ms，而编程器读出的平均扫描周期在11ms左右，这样就不能保证时钟信号每次都能被读入，如果机器速度加快，信号更短，就更加不能保证。原程序在开始、中间、结尾的位置加入了I/0刷新指令，在PLC正常的I/0刷新之外，多次完成对时钟信号的读入，起到一种类似于多层拦截的效果，想以此弥补上述之缺陷，这也起到了很好的效果。梯形图如图一：

　　图一

　　（说明：01309为主电机控制继电器，00113为实际输入PLC的时钟信号，04204在程序中起时钟信号的作用。梯形图中间的省略号代表省略的程序。）

　　但I/O刷新指令只在用户程序中，而用户程序只占扫描周期的一部分，如图二：

　　图二

　　随着车速的加快，凸轮片在槽型接近开关中存在的时间会更短，时钟信号也相应变短，这就有可能造成如下情况：

　　（PLC扫描周期）一（执行用户程序的时间）≥时钟信号存在的时间

　　此时就会漏读了时钟信号。以上的方法就难以凑效，从而造成漏检。而把车间内所有的6000型包装机PLC升级代价就太大了。因此我们仔细研究了这两个信号与机械配合的范围，发现其实机械部分还是留有很大的裕量。例如，原烟包选通脉冲信号在相位240°-270°产生，而机械允许的范围是217°-282°。既然如此，我们就可以加宽片凸轮片以求信号的延长，只要不超过机械允许的范围即可。虽然烟包选通脉冲信号不大可能丢失，为了保险起见，我们也加宽了烟包选通脉冲信号的凸轮片。时钟信号的处理有点不同，正常时在相位10°左右时钟信号有效，如果有存储的坏烟信号，则离合器吸合，剔除推杆与机械联动剔除坏烟。剔除推杆行程图如图三：

　　图三

　　我们加宽了引起时钟信号的凸轮片（足够的宽度），让其下降沿对准10°，因为原程序就用下降沿微分指令读入时钟信号。这样就打了一个提前量，再也不担心PLC对其漏读了。时钟信号的迟滞至多只有一个扫描周期，10°-95°的机械范围已经足够。经过如上的改造，无规律漏检的问题得到很好的解决。

　　（二）时序问题

　　用PLC改造旧有的电控系统，为了达到最佳效果，总是尽可能的运用程序替代原有的各种继电器和电路板。普通的继电器控制线路编程替代很方便，而对于一些功能复杂的电路板就不那么容易，尤其是硬件上容易实现的信号之间的严格时序问题，怎样在编程中实现？这几乎是PLC天生的软肋，就是因为PLC循环扫描的工作方式。保证信号不丢失和保证信号之间的时序是两码事。在各种极限情况下，程序也要保证信号在时序上的复原。这其实包括有两个方面：一是信号与信号之间，二是信号与机械相位之间。由于扫描周期的长短、信号的长短、和机械相位允许的范围三者相互作用，使得在程序中实现原有的时序很困难，尤其是在一些实时性要求较高的场合，甚至PLC是无能为力的。

　　众所周知，PLC采用循环扫描的工作方式，而继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，二者有着本质的区别，只是在一般情况下我们不必考虑。而对于高速系统而言，就必须考虑系统响应时间，其包括输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成，由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个多扫描周期。总的响应延迟时间可达几十毫秒甚至更多，如果原系统不允许有这么长的延时，只有选用扫描速度更快的PLC或采用其他措施。

　　（三）思路问题

　　用PLC改造旧有的电控系统，我们习惯于某种意义上的翻版，按照原有的控制原理图来编程，这有其合理的因素，因为它经过实践的考验，可靠性高。但同时我们又大可不必拘泥于旧法，有时几块电路板只有一个功能，却烦琐不堪，此时只要我们理解的透彻，打破思维定式，利用新思路、新器件跳出旧有的控制方法，在各方面都会有更上一层楼之感。举一个简单的例子，直流调速系统一般由直流电机和调速板组成，经常需要维护，可靠性不高。而现在的变频器体积越来越小，功能越来越强大，价格适中，与交流电机组成调速系统控制方便，可靠性高，基本不用维护。

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