佳木斯西门子专业授权代理商

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随着国内外基建行业技术水平的迅猛发展，市场对金刚石粉末锯片、砂轮、磨料等人造金刚石制品的需求量越来越大。随之而来的是生产人造金刚石的设备走俏市场，其中，六面**金刚石压机以其操作简便、生产成本相对较低等优点占据了国内市场的较大份额。 

人造金刚石是利用石墨可在高温、高压的环境中，在触媒的催化作用下，其原子结构发生改变，合成人造金刚石这一机理来实现的。六面**金刚石压机可以利用机械、液压装置从六个方向向主机中心加压，在主机中心硬质合金**锤的作用下使生产原料形成一个密封的正方体**高压容腔，同时通过的电加热装置对该腔体加热，该腔体就可以产生合成人造金刚石所需的高温、高压条件。整个设备的工作过程需要由电控系统与机械、液压系统相配合完成一系列工作。其中，电控系统主要通过对由大、小柱塞泵和二十余个电磁阀组成的液压系统以及电加热装置等的控制来完成自动、分段、调整等不同模式下的工作。整个设备可以说是一种典型的机、电、液一体化集成产品。
 
1.压机电控系统的硬件设计 

传统的金刚石压机电控系统由近三十个中间继电器、时间继电器、接触器等不同型号规格的低压电器组成逻辑控制线路，不仅故障率高且维修不便。当生产工艺进行调整，需要改变控制逻辑时必须改变硬件接线，变动起来十分麻烦。目前，整个压机的机械、液压系统从原材料到零部件都已经有了很大的改进，相比之下落后的电控系统已成为阻碍生产发展的“瓶颈”问题。 

七十年代初，美国汽车工业为了适应生产的进一步发展，首先将可编程序控制器应用于生产线的自动控制中并获得了成功。到八十年代，微处理器被应用到PLC中，使其功能变的更完善、更优越，且做到了小型化甚至**小型化。现在，PLC己被广泛应用于各个行业。综合各项指标，系统选用了日立公司E系列的E-64HR型PLC作为主控单元设计了压机新的电控模式。E-64HR共有64个I/O口，其中40个开关量输入口，24个输出口，内置式电擦除EEPROM可以保证用户方便的完成程序和参数的修改和储存。PLC根据各输入口所接按钮、行程开关、电接点压力表、接触器等电器的信号的状态以及用户编制的软件程序自动控制各泵、电磁阀以及加热装置的动作完成整个生产过程。 
E-64HR各输入口的内部线路图如图l所示，采用光电耦合方式有效的防止了外部干扰的窜入。输入电压DC21.6~26.4V、输入电流l0mA，在七年来数百台压机的跟踪服务统计中，没有发现由于输入单元自身故障出现误报，其线路工作还是可靠的。其输出口内部线路图如图2所示，选用继电器接点输出方式时继电器线圈电压DC21V~27V、耗电10mA、触点容量2A、平均寿命20万次以上，可直接驱动接触器线圈、电磁阀线圈及指示灯等低功耗元件。 

为了输出继电器的可靠工作，设计中在所有线圈负载上均并联了阻容吸收装置。在对用户送回来的故障PLC的检修中，我们发现70%以上的故障仍出现在输出单元，一类是机内压敏电阻烧穿，另一类是输出继电器触点烧毁。经现场考察及分析发现，部分乡镇企业电源质量较差，原设计中输出口所需AC220V直接采用电网任意一相供电，电源波动大，直接导致了上述硬件故障。后改为采用加热装置中的交流稳压电源兼向输出口驱动电源供电，有效的减少了该类故障的发生。 

总结不同地区、类型用户的使用情况，一些经验和教训是共性的PLC优越的性能、良好的抗干扰性已被大家所认同，发挥这一优势的前提条件是对其供电电源和屏蔽接地点的合理设计。PLC采用AC220V直接供电，其内部电源部分的稳、压、整流、滤波电路设置是比较完善的。但设计中仍需采用隔离变压器对其供电电源进行隔离，以保证工况恶劣的场合下干扰不由电源窜入，提高系统可靠性，一般可采用BKC-220/220V（60-100VA）的隔离变压器。其次，应引起注意的是所有厂家的PLC均有一个**接地端子（GND），该端子是整机的屏蔽接地点，用户较好为其单独设立接地较（接地电阻<100Ω，接地线长度<20m），并注意合理选择接地较的位置。有些用户将其接在电器设备的外壳上甚至接在零线上，这是十分错误的，不仅起不到屏蔽作用反而成为事故引入点。河北新河某厂错误的将该接地端子接于避雷系统接地较上，雷雨时造成高压引入，造成整个车间数台PLC完全被烧毁。以上问题，尽管用户手册己强调，但仍有许多用户未引起注意，造成不必要的损失。 

目前流行的六面**压机均有大（11KW）、小（1.5KW）两个柱塞泵，小泵主要是为了完成“保压”阶段的压力维持，避免大泵冲击过大，造成压力波动过大，影响金刚石的生长质量。经实验将大泵由变频器实现变频调速，取消小泵，从系统的“保压”效果、金刚石的生长情况以及整个设备的电能消耗等几个方面来看，结果都是令人满意的。虽由市场原因，该方案没能得以推广，但是将PLC、变频器、压力传感器、温度传感器以及**低频电源技术结合起来，对电控系统进行较大的改进是下一步技术发展的必然。 

2.PLC的软件设计 

整个程序需按照液压动作图和工艺要求完成以下动作：启动工作按钮后，三个活塞缸在油压驱动下前进，至预定位置后由限位开关给出信号，三个缸依次停止；暂停一定时间后六缸同时加压，形成叶腊石密封仓；稍后，由增压器加压，到达一定压力时开始对密封仓通电加热并开始加热计时，同时继续升压至保压压力，开始保压并保压计时：其间如有压力泄露由小泵自动补压。加热和保压时间到后，系统泄压，六缸回位完成一个工作循环。 

在编制程序的过程中，较多的使用了E系列的“FUN03”指令，如所示梯形图，其中6、215、T00等为外部输入信号、PLC内软中间继电器及PLC内时间继电器的代号，将它们按所需的与、或关系接在“FUN03”的置位端（S端），当S端输入信号为l时，如5+6·11=l时相应输出中间继电器200置1，此后即使S端为0，200仍为1，只有当215·23·l8=l时，即“FUN03”的R端置1时200才置零，故该项功能可以用R-S触发器来表述。 

编程时把下一个动作的内部输出点（如201）接在上一个内部输出点（如200）的复位端（R），这样在每接入一个新动作的同时把上一个输出。再由200、201等上述的“FUN03”的输出单元进行逻辑组合去控制50、51等PLC输出继电器，进而完成对电磁阀、交流接触器等外围低压电器的控制。这样的设计不仅防止了在不同阶段输出继电器的误动作、相互干扰以及出现PLC软件编制中常犯的“双线圈”错误。并且，在由于需要修改工艺而必须调整动作顺序时，只需调整相应“FUN03”的控制方式即可，给修改工艺带来了较大的方便。尽管有些型号的PLC不具有类似的“FUN03”功能，我们也可以的依据上述思路进行开发，对此将由另文进行详细介绍。依据我们多年来在不同工况下对不同厂家、型号的PLC使用经验看，这一思路是比较成功的。而且，我们将这一方法介绍给一些现场的技术人员，也得到了他们的认可和肯定。  

PLC替代原有继电器控制模式后显示出了巨大的优势，被生产厂家和用户所接受。93~96年间该压机成为石家庄煤械厂的主导产品之一，为该厂创造了巨大的经济效益。由压机用户进行的统计表明：使用继电器进行控制的压机，由于电气故障造成的停产周平均4小时，由此造成每台压机年均经济损失八千元左右。采用PLC控制的压机，其工作性能稳定且各I/O指示简单、明了，大大缩短了维修时间，电气故障造成的停产降至周平均20分钟，特别是修改工艺时仅需进行程序的调整，省时、方便为用户创造了可观的经济效益。许多老式压机的用户要求帮助他们用PLC改造老压机，体现了在金刚石压机上使用PLC的成功。

近年来，随着社会的发展，PLC可编程序控制器在工业生产中得到了广泛的使用，同时技术人员对其使用要求也在逐年增高，因此对系统正常稳定运行要求也越来越高。PLC产品本身的可靠性可以保，但在应用中一些不正确的操作会造成一定的影响。今天，仪控君为大家整理了一些PLC日常应用中的小技巧，希望能对大家在日常使用PLC有所帮助。

接地问题
PLC系统接地要求比较严格，较好有独立的**接地系统，还要注意与PLC有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。 产生不同的接地电势的原因，通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远， 当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候，电缆线和地之间的电流就会流经整个电路，即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。在不正确的接地点的电源之间，电路中有可能产生毁灭性的电流， 以至于破坏设备。PLC系统一般选用一点接地方式。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术，即信号电缆的屏蔽层一点接地，信号回路浮空，与大地绝缘电阻应不小于50MΩ

抗干扰处理
工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入PLC的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，应注意采取一些抗干扰措施：
1.模拟量信号属于小信号，较易受到外界干扰的影响，应选用双层屏蔽电缆；
2.高速脉冲信号（如脉冲传感器、计数码盘等）应选用屏蔽电缆，既防止外来的干扰，也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰；
3.PLC之间的通信电缆频率较高， 一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽的双绞线电缆；
4.模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同*槽内走线；
5.控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地，应不经过接线端子直接与设备相连；
6.交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆，动力电缆应与信号电缆分开敷设。
在现场维护时，解决干扰的方法有：对受干扰的线路采用屏蔽线缆，重新敷设；在程序中加入抗干扰滤波代码。

线间电容避免误动作
电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格的电缆，当电缆长度**过一定长度时，各线间的电容容值也会**过所要求的值，当把此电缆用于PLC输入时，线间电容就有可能引起PLC的误动作，会出现许多无法理解的现象。这些现象主要表现为：明接线正确，但PLC却没有输入；PLC应该有的输入没有，而不应该有的却有，即PLC输入互相干扰。为解决这一问题，应当做到：1.使用电缆芯绞合在一起的电缆；2.尽量缩短使用电缆的长度；3.把互相干扰的输入分开使用电缆；4.使用屏蔽电缆。

输出模块的选用
输出模块分为晶体管、双向可控硅、接点型。
晶体管型的开关速度较快（一般0.2ms），但负载能力较小，约0.2~0.3A、24VDC，适用于快速开关、 信号联系的设备，一般与变频、直流装置等信号连接，应注意晶体管漏电流对负载的影响。
可控硅型优点是无触点、具有交流负载特性，负载能力不大。
继电器输出具有交直流负载特点，负载能力大。常规控制中一般首先选用继电器触点型输出，缺点是开关速度慢，一般在10ms左右，不适于高频开关应用。

变频器过电压与过电流处理
减小给定使电机减速运行时，电机进入再电制动状态，电机回馈给变频器的能量亦较高，这些能量贮存在滤波电容器中，使电容上的电压升高，并很快达到直流过电压保护的整定值而使变频器跳闸。
处理方法为：采取在变频器外部增设制动电阻的措施，用该电阻将电机回馈到直流侧的再生电能消耗掉。
变频器带多个小电机，当其中一个小电机发生过流故障时，变频器就会过流故障报警，导致变频器掉闸，从而导致其它正常的小电机也停止工作。
处理方法为：在变频器输出侧加装1：1的隔离变压器，当其中一台或几小电机发生过流故障，故障电流直流冲击变压器，而不是冲击变频器，从而预防了变频器的掉闸。经实验后，工作良好，再没发生以前的正常电机也停机的故障。

标记输入与输出方便检修
PLC控制着一个复杂系统，所能看到的是上下两排错开的输入输出继电器接线端子、对应的指示灯及PLC编号，就像一块有数十只脚的集成电路。任何一个人如果不看原理图来检修故障设备，会束手无策，查找故障的速度会特别慢。鉴于这种情况，我们根据电气原理图绘制一张表格，贴在设备的控制台或控制柜上，标明每个PLC输入输出端子编号与之相对应的电器符号，中文名称，即类似集成电路各管脚的功能说明。有了这张输入输出表格，对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对操作过程不熟悉，不会看梯形图的电工来说，就需要再绘制一张表格：PLC输入输出逻辑功能表。该表实际说明了大部分操作过程中输入回路（触发元件、关联元件）和输出回路（执行元件）的逻辑对应关系。实践证明如果你能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能表，检修电气故障，不带图纸，也能轻松自如。

通过程序逻辑推断故障
现在工业上经常使用的PLC种类繁多，对于低端的PLC而言，梯形图指令大同小异，对于中高端机，如S7-300，许多程序是用语言表编的。实用的梯形图必须有中文符号注解，否则阅读很困难，看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程，看起来比较容易。若进行电气故障分析，一般是应用反查法或称反推法，即根据输入输出对应表，从故障点找到对应PLC的输出继电器，开始反查满足其动作的逻辑关系。经验表明，查到一处问题，故障基本可以排除，因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。

PLC自身故障判断
一般来说，PLC是较其可靠的设备，出故障率很低，PLC、CPU等硬件损坏或软件运行出错的概率几乎为零，PLC输入点如不是强电入侵所致，几乎也不会损坏，PLC输出继电器的常开点，若不是外围负载短路或设计不合理，负载电流**出额定范围，触点的寿命也很长。因此，我们查找电气故障点，重点要放在PLC的外围电气元件上，不要总是怀疑PLC硬件或程序有问题，这对快速维修好故障设备、快速恢复生产是十分重要的，因此笔者所谈的PLC控制回路的电气故障检修，重点不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外围电气元件。

充分合理利用软、硬件资源
不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC；
多重指令控制一个任务时，可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点；
尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也减少硬件投入，降低了成本；
条件允许的情况下较好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控；
输出若为正/反向控制的负载，不仅要从PLC内部程序上联锁，并且要在PLC外部采取措施，防止负载在两方向动作；
PLC紧急停止应使用外部开关切断，以确保安全。

其他注意事项
不要将交流电源线接到输入端子上， 以免烧坏PLC；
接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线截面积不小于2mm2；
辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；
一些PLC有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；
当PLC输出电路中没有保护时，应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏