1.引言
　　唐山鋼鐵公司中型廠是生產(chǎn)型鋼的企業(yè),，原有4套鉆,、銑床設(shè)備，用于輕軌精整,。其電氣控制系統(tǒng)采用繼電器及接觸器構(gòu)成,，控制手段比較落后，控制效果完全取決于操作工經(jīng)驗和精神狀態(tài),，各道工序間連貫性差,，費時又費力，故障率較高且維修困難,，影響了生產(chǎn)效率,。因此，有必要進(jìn)行技術(shù)改造,。 PLC控制具有可靠性高,、柔性好、開發(fā)周期短等優(yōu)點,，特別適合于機床控制和故障自診斷系統(tǒng),，可以大大減少繼電器等元器件的數(shù)量，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,，從而,用PLC控制系統(tǒng)替代體積大,、投資大、耗能大的繼電器是電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢,。鑒于上述原因,，我們利用PLC技術(shù)對原有電氣系統(tǒng)進(jìn)行了全面技術(shù)改造。
2.系統(tǒng)功能
　　輕軌精整PLC智能控制系統(tǒng)包含銑床和鉆床控制,，實現(xiàn)的基本功能如下：
　?。?） 切換功能：可實現(xiàn)手動與自動控制的切換,。在通常情況下使用自動檔，當(dāng)需要檢修或調(diào)試的時候,，切換到手動檔,。
　　（2） 自動報警功能：發(fā)生異常情況,，可隨時報警,。當(dāng)夾緊頭快下、動力頭快進(jìn),、動力頭工進(jìn)以及動力頭快退四個部分中任何一段出現(xiàn)異常情況時,，與之相應(yīng)的聲光報警就會動作，讓現(xiàn)場工作人員迅速采取措施,，避免或減少事故所造成的損失,。
　　（3） 自動記憶功能：配有“停車”及“繼續(xù)運行”按鈕,。當(dāng)工作過程中出現(xiàn)某些問題需要暫停運行時,，按下“停車”按鈕后，機床停止運行,，各部分均停留在原處不動,。再按下“繼續(xù)運行”按鈕，則機床繼續(xù)運行,。
　?。?） 緊急停車復(fù)位功能：配備有“緊急停車復(fù)位”按鈕。當(dāng)在工作過程中發(fā)生異常,，或中途突然停電后恢復(fù)時,，按下此按鈕使機床各部件回到加工前的初始狀態(tài)。
　　為實現(xiàn)上述功能,，需要對運行過程進(jìn)行智能判斷,，進(jìn)行相應(yīng)的控制。同時考慮到PLC的運算功能的限制,，需要加入故障診斷模塊,，并進(jìn)行相應(yīng)的顯示。
3. 系統(tǒng)組成
　　PLC選用三菱公司的FX2N系列可編程序控制器實現(xiàn)[1],，由可編程序控制器構(gòu)成的輕軌精整智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

圖1. 輕軌精整智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　該系統(tǒng)有輸入,、控制運算和輸出三大部分組成。
　　1）輸入部分包括操作按鈕和信號檢測兩部分,。
　　a.操作按鈕用來人工設(shè)置參數(shù)或進(jìn)行手動操作,，處理緊急情況。
　　b.信號檢測是由傳感器自動監(jiān)測生產(chǎn)線上機床的工作情況,，一旦出現(xiàn)異常情況,，馬上報警提示操作者,，以進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，如緊急停機處理等,，從而避免事故的發(fā)生。
　　2）控制運算部分
　　控制運算部分主要由PLC來完成,，由控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件來完成信號的輸入,、處理、控制輸出的主要功能,。
　　3）輸出部分包括報警裝置,、輸送和動力裝置、固定裝置
　　a.報警裝置由閃爍的紅,、黃,、綠三種顏色燈和報警鈴聲構(gòu)成，三種顏色分別對應(yīng)三種不同報警級別,。綠色表示系統(tǒng)正常,，黃色表示系統(tǒng)參數(shù)超范圍，但仍能工作,，需要進(jìn)行處理;紅色報警并伴隨報警聲音,，必須緊急停機處理。
　　b.輸送裝置由PLC輸出的信號控制主電路,，給電機發(fā)送指令,，讓其自動完成原料的傳送與動力傳送。
　　c.液壓裝置是固定裝置,，由PLC控制器給定的信號,，經(jīng)電磁閥控制液壓設(shè)備，將原料固定在某一位置,，為原料加工服務(wù),。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　4.1 PLC軟件設(shè)計考慮的問題
　　利用梯形圖編制控制程序，在 PLC軟件設(shè)計中要考慮以下幾個問題：
　?。?） 強電關(guān)斷優(yōu)先原則：在銑床軟件設(shè)計中,，只要控制信號中有強電關(guān)斷的信號，則不管其它信號如何都要關(guān)斷強電,。如圖2所示,，只要關(guān)斷信號XO2= 1，則中間繼電器 M100 都要被關(guān)斷,。 （2） 動作互鎖原則：有些控制不能同時動作,，就要進(jìn)行互鎖。如主軸正,、反轉(zhuǎn)控制,，圖 3為主軸互鎖控制示意圖,，任何一個回路啟動后必須同時關(guān)斷另一 個回路，從而保證兩者不能同時動作,。

圖2 

圖3

（3） 順序聯(lián)鎖控制原則：即有些控制要求次序不能顛倒,，這就要求前一個動作常開觸點串在下一個控制動作中，同時將后一個動作中的常閉觸點串在上一動作的控制回路中,，如圖4 所示,。

圖4
　　總之，影響PLC控制系統(tǒng)的因素很多,，只要我們在軟件設(shè)計時充分考慮到各方面因素,，就可避免出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)的運行就會更加穩(wěn)定 [2] ,。
　　4.2 PLC基本控制程序設(shè)計
　　具體銑床控制功能框圖如圖5所示,鉆床控制功能與之類似,。

圖5. 銑床控制順序功能框圖
　　4.3 故障診斷模塊的程序設(shè)計
　　對于PLC系統(tǒng)，由于內(nèi)存資源有限,，復(fù)雜的智能診斷難于實現(xiàn),，為此加入了故障診斷智能模塊，該模塊以單片機為基礎(chǔ),，采用C51編程,，可方便實現(xiàn)各種控制算法。
　　采用故障樹推理與專家經(jīng)驗規(guī)則推理相結(jié)合的方法,，利用智能模塊的I/O功能及內(nèi)部信息進(jìn)行故障診斷,。[3][4]
　　（1） 故障結(jié)構(gòu)分析
　在進(jìn)行故障診斷設(shè)計時,，首先必須對整個系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析,，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)，利用這種層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障診斷部分的設(shè)計,。圖6為系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu),。

　　（2）程序設(shè)計
　　系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個合理的層次模型,。在進(jìn)行系統(tǒng)的程序設(shè)計時,，應(yīng)充分考慮到故障結(jié)構(gòu)的層次，合理安排邏輯流程,。在引入故障輸入點時應(yīng)注意兩點：
　　a. 必須將系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測點引入PLC,，這主要是從系統(tǒng)的安全可靠運行考慮，以便系統(tǒng)能及時進(jìn)行故障處理;
　　b. 應(yīng)在系統(tǒng)允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸入信息引入PLC的程序中,，以便得到更多的故障檢測信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù),。
5.結(jié)束語
　　經(jīng)過在線調(diào)試和工業(yè)試驗運行階段后，該控制系統(tǒng)已于2004年正式投入運行,運行以來，效果良好,實現(xiàn)了預(yù)定的控制功能要求,，克服了繼電器,、接觸器控制帶來的局限，避免了原控制系統(tǒng)輔助元件多,、故障率高,、工作噪聲大、控制方式單一,、維護(hù)困難等問題,。手動與自動切換方便，抗干擾能力強,，適合鋼廠生產(chǎn)線的惡劣的工作環(huán)境,且易于計算機通訊,，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,。
　　本文作者創(chuàng)新點：將PLC和單片機結(jié)合,，設(shè)計了用于輕軌精整鉆、銑床設(shè)備的控制系統(tǒng),，并使之具有故障診斷和報警功能,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便,。