葉宏勇

(新余鋼鐵集團有限公司，江西新余338001)

摘  要  通過分析接近開關、絕對值編碼器、位移傳感器等檢測元件的工作原理，編寫PLC控制程序，實現了設備的科學診斷和故障連鎖保護，確保了設備和生產的穩定運行。

關鍵詞  接近開關；絕對值編碼器；脈沖發生器；PLC

PLC(可編程控制器）將傳統的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，是一種應用于工業生產的通用控制器.連鎖保護是確保生產裝置安穩長運行的重要保護手段，當生產過程中某些工藝變量或設備運行狀態發生異常并接近危險值時，檢測手段才對設備運行具有指導作用叫，PLC可以通過傳感器檢測數據，按照預先設計好的邏輯關系啟動備用設備或自動停車，以實現安全保護.近年來，國家大力推廣智能制造，自動化程度不斷提高，PLC控制程序設計的安全性往往決定了設備和生產過程的安全性[2]如果整個生產線的安全性低，會頻繁出現設備的錯誤動作，容易損壞設備，嚴重時甚至造成重大生產和設備事故.

1  現狀分析

現場運行的自動化設備主要包括傳動和檢測設備，設備穩定可靠運行是實現自動化生產的前提.傳動設備按照傳動方式分為：機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動、液壓傳動.檢測的設備主要包括接近開關、絕對值編碼器、位移傳感器、激光測距儀等.

現場設備一般依靠傳動設備和檢測設備一起實現設備功能，但是，檢測設備在檢測位置功能的基礎上，也可以通過自動化控制程序，實現對設備運行狀態的科學診斷和故障連鎖保護[3].按檢測設備分類，具體體現在以下幾個方面.

1  接近開關連鎖保護問題

接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸操作的位置檢測開關，當設備上安裝的擋鐵接近開關到動作距離即可使接近開關動作，并通過電纜將開關動作信號傳輸給PLC系統.工業設備中的接近開關位置檢測設備元件很多，例如冷軋酸洗機組卷取機壓輥由卷取機壓輥液壓電磁閥控制，兩個接近開關分別檢測打開和關閉位置在選擇安裝接近開關位置時，要從多方面考慮來提高接近開關的工作可靠性.方便檢修維護，且不會被帶鋼、相鄰設備、和檢修人員損壞.粉塵、液壓油不容易在接近開關上堆積，接觸時接近開關接觸面大、檢測可靠.除了接近開關的安裝位置外，PLC在接收到接近開關動作信號后，如何連鎖和控制保護設備，也需要全面考慮.

例如酸洗機組在正常酸洗帶鋼時，有時卷取機壓輥會劇烈擺動，直接將高速運行的帶鋼堆鋼.檢查發現，卷取機壓輥是由電磁閥控制，通過壓輥液壓缸的打開或閉合實現壓輥的打開-閉合.電磁閥失電，壓輥打開，壓輥打開接近開關動作、將壓輥打開信號傳輸給PLC控制系統，電磁閥得電、壓輥關閉，壓輥關閉接近開關動作、將壓輥關閉信號傳輸給PLC控制系統.當電磁閥得電、壓輥關閉，壓輥液壓缸漏油時，壓輥關閉接近開關不能動作，不能將壓輥關閉信號傳輸給PLC控制系統，這時就看見卷取機壓輥在開到位和關到位之間來回擺動，帶鋼張力丟失，進而造成堆鋼事故，損壞壓輥旁的EPC糾偏檢測設備，而畫面上無任何設備的報警.

1.2 絕對值編碼器連鎖保護問題

酸洗機組矯直機用于矯直帶鋼，使鋼帶表面氧化鐵片疏松，提高酸洗效率團，帶鋼運行時全程投入使用.九輥矯直機由矯直輥輥系、矯直機輥縫調整裝置、本體、傳動裝置等組成如圖1、圖2所示.

矯直機輥縫蝸輪調整機構由電機驅動，機構上安裝有PROFIBUSDP網絡接口絕對值編碼器，用于輥縫的測量.當電機驅動蝸輪調整機構調整矯直機的輥縫時，機構帶動絕對值編碼器旋轉，測量出矯直機輥縫的實際值.

矯直機絕對值編碼器利用光電碼盤，應用于對位置精度要求非常高的位移量的測量.當設備帶動絕對值編碼器轉動過程中，以輸出脈沖值的變化實現設備位置計算，確保測量位移值和數據的精準度.酸洗機組的矯直機輥縫采用是PROFIBUS-DP絕對值編碼器，PROFIBUS DP網絡是現場設備網絡，PROFIBUS-DP網絡是工業自動化應用最廣泛的現場總線（5],一般每條PROFIBUS-DP網絡連接非常多的現場檢測設備.連接矯直機的絕對值編碼器的PROFIBUS-DP網絡出現問題，編碼器的正確位移測量數據無法通過網絡傳輸給PLC.PLC本應該控制蝸輪調整機構向正確設定位置運行，但由于位移測量數據錯誤，蝸輪調整機構運行超過極限位置而損壞.

1.3  激光測距儀和位移傳感器連鎖保護問題

酸洗機組的開卷區域和卷取區域都配置有鋼卷小車，用于將鋼卷從鞍座上運送到開卷機或從卷取機上將鋼卷運送到鞍座上.鋼卷小車的行走靠電機帶動鏈條和鏈輪裝置驅動，4個車輪支撐，小車行走的位置通過PROFIBUS-DP接口的激光測距儀測量；小車升降動作用液壓缸驅動完成，升降高度用安裝在液壓缸內的通過PROFIBUS-DP接口的位移傳感器測量.

鋼卷小車行走位置和升降高度準確，才能安全的將鋼卷從鞍座上運送到開卷機或從卷取機上將鋼卷運送到鞍座上.如果鋼卷小車激光測距儀測量的行走位置或位移傳感器的測量的升降高度數據不準確，PLC會控制鋼卷小車向錯誤的行走位置或高度運行，鋼卷小車運行位置錯誤，將直接導致20t以上的鋼卷在運送過程中傾倒，并可能將相鄰區域的設備損壞.

2  改進措施

2.1 接近開關連鎖保護問題

當一個設備需要運行，例如卷取壓輥需要關閉，根據程序的要求，PLC發出壓輥關閉命令，24VDC直流電壓傳輸給壓輥關閉液壓電磁閥；壓輥關閉液壓電磁閥切換液壓油：壓輥關閉液壓缸無桿腔進油，有桿腔出油，壓輥關閉液壓缸伸出；4s后，與液壓缸連接的擋鐵到達壓輥關閉接近開關位置，開關動作.壓輥關閉接近開關傳輸24VDC直流電壓給PLC輸入卡件，壓輥正確的實現了關閉功能.

但是，如果在這些動作環節中，任何一個環節出現問題，壓輥不能正常關閉，壓輥不能正確實現應有的功能，就會導致酸洗機組處于危險的狀態，導致設備和生產事故.因此，需要及時對酸洗機組每個設備的動作和狀態進行診斷，定位出設備故障位置，以便機組及時響應在PLC控制程序中增加了每個設備的診斷功能.如圖3所示，卷取壓輥需要關閉，根據程序要求，PLC發出壓輥關閉的高電平命令，如果設PLC輸入卡件沒有接收到壓輥關閉接近開關傳輸的24VDC直流電壓反饋信號，非功能塊輸出高電平，與功能塊的兩個輸入端都是高電平，則輸出也是高電平.延時on功能塊延時6s后，如果與功能塊輸出一直是高電平，RS觸發器的S輸入端為高電平，PLC控制程序將壓輥關閉故障通過RS觸發器鎖存起來，酸洗機組停機，并且發出卷取機關閉故障，在畫面顯示.操作維護人員將可以單獨操作卷取機壓輥，查找問題并進行處理.處理好故障后，酸洗機組操作工按下故障復位按鈕，RS觸發器鎖存解除，機組才可以繼續運行.

2.2 絕對值編碼器連鎖保護問題

當設備采用絕對值編碼器，對位置精度要求非常高的位移量進行測量.設備運動時，帶動絕對值編碼器轉動，實現設備位置準確測量.正是因為絕對值編碼器是用于精度要求非常高的設備位置檢測，因此，這些設備的動作和測量出現問題，都可能導致嚴重的設備和生產事故.

通過現場分析和多種方法的測試，在增加網絡故障連鎖基礎上，確定通過PLC實現智能的檢測方法，可以準確和靈敏的診斷出設備故障.首先需要利用梯形圖定時器構成脈沖發生器間，使用兩個定時器產生頻率占空比均可設置的脈沖信號.如圖4、圖5的脈沖發生器的時序圖和梯形圖程序，當輸入10.0為1時，輸出Q0.0為1或0交替進行，脈沖信號的周期為6s,脈沖寬度為6s.

當矯直機輥縫需要調節時，根據程序要求，PLC發出命令給矯直機調整電機，電機驅動矯直機輥縫蝸輪調整機構動作.機構帶動絕對值編碼器旋轉，測量出矯直機輥縫的實際值，反饋給PLC;PLC對編碼器測量值進行定時間隔采樣.PLC發出矯直機調整輥縫命令電平和脈沖發生器發出的電平都為高電平后，與功能塊輸出高電平；存儲器2的S端為高電平，將存儲器1在6s(可根據設備運行速度調整）前存的矯直機輥縫絕對值編碼器測量值存在存儲器2中；延時on功能塊延時1s后，存儲器1的S端為高電平，將當前的矯直機輥縫絕對值編碼器測量值存在存儲器1中，存儲器1的值和存儲器2的值在減功能塊進行相減.矯直機輥縫調整故障原理圖如圖6所示.

因此，當PLC發出命令給矯直機調整電機后，將當前的采用值和上一次的采樣值進行相減，減功能塊輸出值在比較功能塊中和設定值進行比較.正常情況下矯直機調整電機運行，兩次相鄰采樣值的差會大于一個設定值（調試確定）;如果兩次相鄰采樣值的差小于設定值或為零，說明設備運行出現故障，PLC控制程序一方面停止調整電機運行，另一方面記錄故障信息，并在畫面顯示矯直機調整故障，以便操作維護人員處理.處理完成故障后，酸洗機組操作工按下故障復位按鈕，RS觸發鎖存解除，機組繼續運行.

當設備位置測量采用激光測距儀或位移傳感器，和絕對值編碼器一樣.當設備動作時，傳輸給PLC是模擬量測量值，主要用于設備運行位置的測量.因此，激光測距儀和位移傳感器連鎖保護可以采用和絕對值編碼器一樣的控制程序.當設備運行時，將當前測量設備的采用值和上一次的采樣值進行相減，如果兩次相鄰采樣值的差小于設定值或為零，說明設備運行出現故障，設備應停止運行，并在畫面上顯示故障設備.

3  結論

通過分析接近開關、絕對值編碼器、位移傳感器在實現連鎖保護上的工作原理，編寫PLC控制程序，實現了設備的科學診斷和故障連鎖保護，確保了設備生產的穩定運行，極大減少事故發生，避免造成大的經濟損失.

4  參考文獻

[1]  何君霞.電力設備狀態監測閉環管理案例分析[J].電氣技術，2014(3):111-114.

[2]  劉美俊，劉天任，章紹東.提高PLC控制系統可靠性和安全性的幾種軟件設計方法[J].電工技術，2001(4):26-28.

[3]  胡文舉，張威，侯少坤.設備狀態監測與故障診斷[J].鹽科學與化工，2018,47(4):52-54.

[4]  黃延飛，張志剛，王超群，等.冷軋酸洗板板面質量改進措施[J].山東冶金，2016,38(2):77-78.

[5] 王亞敏.基于PROFIBUS-DP的網絡優化及應用[J].工業技術與職業教育，2018,16(1):10-11.

[6]  郝敏漢.PLC中定時器和計數器的配合應用[J].科技資訊，2011(12):99.