PLC 编程过程中触点竞争问题的解决策略研究

乔 智

(兰州现代职业学院,甘肃 兰州 730030)

0 引言

触点竞争作为触点电器的触点过渡情况下特殊形式,会造成控制回路无法按照要求操作,进而引发系统无法工作或是系统误动作。在应用PLC 可编程控制器后,可有效简化控制电路,克服了原本继电器接触控制系统触点可靠性低、接线复杂、灵活性差、功耗高的问题,适用于复杂工业环境。PLC 扫描方式较为特殊,就逻辑运算层面而言,无触点竞争问题,但若程序设计不当,可能会引发触点竞争,造成系统失灵[1]。

1 触点竞争概述

电气系统自动控制中,会应用电磁式电器,即使选用PLC 控制。系统控制中,电磁式电器应用量大,遇到问题也较多,触点竞争作为重要的问题,分为电磁式电器自身触头系统造成的触点竞争与电磁式电器特性各异造成的触点竞争。电磁式电器不同的反力特性曲线与吸力的配合不同,动作快慢也有所不同。触头系统动作也存在先后差异,发生电磁式电器触点竞争[2]。

2 PLC 编程触点竞争问题

2.1 控制电路梯形图转化不确定性

PLC 控制系统梯形图设计方法较多,直接方法是从继电接触器系统线路转化获得,即转化法。一是继电接触器系统具有良好稳定性,线路较为成熟;二是控制系统图的表达形式类似于梯形图,便与转换;三是适用于系统原本操作习惯。原系统自身存在触点竞争下,采取转化法设计图形,将会获得两种结果:(1)程序运行符合控制需求,有效解决潜在触点竞争风险;(2)电路转化成梯形图后,没有触点竞争情况,却丢失了部分控制系统功能。

触点竞争判断通过动作顺序分析,可知继电接触器的触点竞争,由原本电路转换获得梯形图,系统功能具有不确定性。通常触点竞争处于电磁元件间,将其转化成梯形图,控制系统即可满足要求;触点竞争如果发生于电磁元件与按钮间,则梯形图转化后,控制系统难以满足要求,需改进处理或是对程序重新设计。所以,PLC 控制系统编程转化为梯形图存在条件,需熟悉设备工艺、控制系统特点、编程梯形图规矩,方能设计完美程序[3]。

2.2 PLC 系统中触点竞争

继电器控制控制逻辑与PLC 工作原理存在差异,继电器系统工作,相同电器触点同时动作,并行逻辑运算,易出现触点竞争。而PLC 编程以扫描方式工作,工作过程包含处理输入、处理程序、输出处理。第一,执行程序前,PLC 全部输入端子状态读入输入映像寄存器;第二,读出映像寄存器状态,按照执行程序顺序,将结果写入映像寄存器内;第三,完成执行程序,输出结果至锁存器。从输入至输出的执行过程为1 个扫描周期,每个瞬间PLC 仅能做一件事,为串行逻辑运算,扫描方式无触点竞争。但在扫描工作中,可能出现响应输出滞后情况,一般工业系统允许系统响应之后,部分极端情况,则会引发安全隐患。

3 PLC 编程触点竞争解决措施

3.1 数字逻辑编程法

数字逻辑编程方法是指系统根据控制要求,列出与真值表类似的脏台标,以此为基础,寻找输出变量逻辑关系加以简化,并根据最后逻辑关系画出梯形图。该方法能够在短时间内实现程序设计,梯形图逻辑关系也更为明了、简单,便于阅读,适宜初学PLC 编程人员。如,在通风系统中,3 台通风机受到电动机驱动,为确保人员安全,需同时运行至少2 台通风机,以黄、绿、红这三种指示灯指示通风机运行状态,同时运行2 台通风机,则亮起绿灯,代表良好通风;1 台通风机运行,亮起黄灯,代表通风不佳,亟须改善;无通风机运行,亮起红灯,需迅速疏散人员排除故障。根据数字逻辑编程,先罗列输出变量状态表,简化逻辑表达式,再进行梯形图设计(见图1),即可监视通风机。逻辑指令一目了然,优势显著。

图1 监视通风程序

3.2 数据传送指令

数据传送指令是指传送数据至目的地,通过扩展功能,也能实现PLC 输出点的失电或得电,可通过数据传送指令代替起-保-停电路,可有效简化使用较多的程序设计。如,矿井通风机选用三段速控制,按下启动按钮后,要求启动通风机电动机,运行频率为10 Hz;电动机延时10 s 后升速,控制运行频率为25 Hz;电动机再次延时10 s 后升速,控制运行频率为50 Hz;停止按钮按下,通风机电动机停止。变频参数设置为P701-704 为17,仅需2 个数字量输入端,就可完成三段频率调速,数字量输入端口连接PLC 数字量输入端。通过选用数据传送指令进行程序编写,有效减少程序段数,且频率段数越多,则优点越显著。

3.3 接续计时

实际生产中,通常会碰到控制系统运行处于定时停车的状态,再次启动系统后,需继续计时。西门子PLC 定时器,直接应用S5TIME 时间格式为时间常数,每次启动定时器均需要从设定时间进行计时,难以完成接续计时,需采取特殊程序设计方式,以免出现触点竞争。如,在控制传送带2 条中,为避免传送带上堆积货物,按下启动按钮,传送带要求逆序启动,间隔时间为10 s;此时按下停止按钮,传送带2 号则会停车;再次将启动按钮按下,接续计时会启动传送带2 号。当传送带2 条全部启动,按下停止按钮,2 条传送带会同时停止。梯形图设计中,程序段为实现接续计时,T0定时器设定时间值不能设置为常数10s,需明确定时器剩余时间内容,根据内容变量设定T0时间值。初次启动定时器或是传送带2 号启动中,没有停止系统再次启动,可用10s 为定时器时间常数,此为特殊的定时器用法。定时器如果选用常规方式,则难以实现接续计时。

3.4 保存停止按钮

在工艺生产中,部分流程要求停止按钮按下后,系统不能即刻停车,需运行完整体工艺流程后方能停车。如,机械手搬运工件从A 传送带至B 传送带,运行中按下停止按钮,A,B 传送带立即停车,机械手此时处于运送工件状态,断电停止后,会造成安全隐患,需考虑该类设备特点,程序设计中,机械手却需要搬运工件至B 传送带后。恢复初始状态方能停车,即需要保存停止按钮。

3.5 保护、恢复现场

在运行控制系统中,中途按下停止按钮,终止系统当前任务,停止工作运行。部分工艺流程要求启动按钮再次按下后,需恢复停车前状态,做到停车中“保护现场”,启动中做到“恢复现场”。如,机床滑台主轴正反转、往返控制,要求如下:启动按钮按下-滑台右行,主轴电机同时正常转动-滑台到头后左行,主轴同时反向转动-滑台再次右行。滑台运行每次转变方向,主轴也随之改变旋转方向,主轴与滑台均按照以上规律运行,停止按钮按下后,系统停车,启动按钮再次按下,需从停车部位系统开始运行。在程序设计中,设计“保护现场”功能,停止按钮仅按下后第一个扫描周期有作用,需先将数据内容放置在对应数据传输指令上。当数据内容不为0后,表明系统曾经按下停止按钮;再次按下启动按钮,仅在第一个扫描周期有作用,将数据内容重新传输回去,系统即可恢复停车状态。而数据内容为0,表明从未按下停止按钮,不会有“恢复现场”作用,启动按钮按下后,系统会从第一段执行。

4 结语

综上所述,PLC 编程产生触点竞争,主要是由于设计者程序设计中出现失误造成,控制电路梯形图转化存在不确定性,要求程序设计中,符合PLC 编程特性,方可避免该问题。因此,在实际编程中,应当结合工作要求、控制目的,合理应用数字逻辑编程法、数据传送指令、接续计时、保存停止按钮、保护、恢复现场的程序设计方式,从而避免触点竞争,发挥PLC 编程价值。