DIY“PLC学习模板”,助力矿井自动化.pdf

2020年 7月上 世界有色金属17 Computer automation 计算机自动化 DIY “PLC学习模板” ， 助力矿井自动化 杨 辉 （中国华能集团华亭煤电股份有限公司砚北煤矿机电动力科， 甘肃 平凉 7 4 4 1 0 0 ） 摘 要 P L C应用于矿山企业无疑极大的促进了井下电气设备的自动化和智能化， 但同时也给从事井下矿电设备的人 员带来了极大的挑战。 为此， 作者D I Y制作了P L C控制系统学习模板， 有效促进相关技术人员掌握P L C 。 关键词 D I Y； P L C； 矿井 ； 自动化 中图分类号 T D 6 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 2 0 ） 1 3 - 0 0 1 7 - 3 DIY “PLC learning template“ to help Mine Automation YANG Hui Me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l p o w e r d e p a r t me n t o f Y a n b e i c o a l mi n e o f C h i n a Hu a n e n g G r o u p Hu a t i n g C o a l P o w e r C o . , L t d , P i n g l i a n g 7 4 4 1 0 0 , C h i n a Abstract T h e a p p l i c a t i o n o f P L C i n c o a l mi n e e n t e r p r i s e s h a s u n d o u b t e d l y g r e a t l y p r o mo t e d t h e a u t o ma t i o n a n d i n t e l l e c t u a l i z a t i o n o f u n d e r g r o u n d e l e c t r i c a l e q u i p me n t , b u t i t h a s a l s o b r o u g h t g r e a t c h a l l e n g e s t o t h e p e r s o n n e l e n g a g e d i n u n d e r g r o u n d mi n i n g e l e c t r i c a l e q u i p me n t . T h e r e f o r e , t h e a u t h o r D I Y ma d e t h e P L C c o n t r o l s y s t e m l e a r n i n g t e mp l a t e , w h i c h e f f e c t i v e l y p r o mo t e d t h e r e l e v a n t t e c h n i c a l p e r s o n n e l t o ma s t e r P L C . Keywords D I Y ; P L C ; mi n e ; a u t o ma t i o n 1 制作背景 矿井下条件和环境复杂、 恶劣， 往往需要多台设备联络 使用才能实现实际控制和保护， 对电气控制系统维护也带来 很大的不便 [1]。 随着电子技术集成化， 智能化技术的普及使 用， 煤矿井下电气设备控制系统已逐渐实现自动化、 智能化 （即PLC控制） 。 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技 术、 计算机技术、 自动控制技术和通讯技术而形成的一代新 型工业控制装置， 目的是用来取代继电器、 执行逻辑、 记时、 计数等顺序控制功能， 建立柔性的程控系统。 PLC是一种数 字运算操作的电子系统， 专为工业环境下应用而设计， 它采 用可编程序的存贮器， 用来在其内部存贮执行逻辑运算、 顺 序控制、 定时、 计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字 的、 模拟的输入和输出， 控制各种类型的机械或实施生产作 业。 PLC具有通用性强、 使用方便、 适应面广、 可靠性高、 抗 干扰能力强、 编程简单等特点 [2]。 PLC程序既有生产厂家的 系统程序， 又有用户自己开发的应用程序， 系统程序提供运 行平台， 同时， 还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进 行必要的公共处理， 用户程序由用户按控制要求设计。 对我们矿山企业来说，操作复杂，周围环境恶劣，井下 电器控制要求多点控制， 保护齐全， 对于传统继电器控制系 统实现联合控制，保护，输出需要多台设备联合组装使用， 存在很大的不便 ； PLC控制慢慢升入煤矿电气系统， 实现了 输入，保护，输出复杂控制于一体，便于操作与维护。但对 PLC控制系统的学习一直是我们的一大难题， 这也是一直制 约着PLC控制系统出现故障后， 无法维修与解除故障， 需要 请厂家人员来矿处理后才能排除故障 [3]。 鉴于这种情况， 作 者萌生出了制作模板的想法， 制作模板， 对于我们学习PLC 控制很直观便捷，也便于我们对于一些PLC控制在线模拟 实践。只要我们加以学习和实践模拟会很快对PLC新技术 的普及和维护。 2 DIY“PLC学习的模板“ 首先作者在网上购买PLC学习配件 （图1） ， 利用空闲时 间制作了PLC控制系统学习的模板， 在此介绍两例。 图1 购买PLC学习配件 2.1 DIY电机正反转PLC控制学习模板 DIY时， 作者应用经验设计法， 经过不断修改和反复调 试， 终于达成较为满意的效果， 如图2所示， 具体制作如下 （1） 空气开关， 实现对24V电源模块和PLC供电220V 电源隔离。 （2） 24V电源模块， 给PLC输入， 输出和输出继电器提 供24V控制电源， 24V属于安全电压， 便于设备和人身安全 操作， 保护。 （3） PLC 采用西门子 S7-200 （CPU224） PLC 提供 14 点输人和10点输通道， 一组模拟量输入输出端口， 9针2组 通讯端口， 可以实现和电脑和触摸屏通讯。 这款PLC也是我 们初学者最适合的一款PLC。 （4） PLC输入按钮作者采用1个转换开关和5个按钮， 转换开关可以实现多个控制模式转换， 按钮实现输入控制和 返回， 位置传感器等保护给PLC输入系统。 （5） PLC输出继电器， 作者采用24V中间继电器模拟控 制输出， 8路输出，继电器采用发光显示继电器，可以直观 观察PLC输出系统。 收稿日期 2 0 2 0 - 0 6 作者简介 杨辉，男，生于1 9 8 1年，汉族，甘肃会宁人，本科，工程师， 研究方向 矿山机电设备研究及管理。 世界有色金属 2020年 7月上18 Computer automation 计算机自动化 2.2 DIY运料小车控制系统PLC控制学习模板 首先分析循环小车的工艺要求， 如图3所示， 通过PLC 控制循环小车在SQ1到SQ4这4个位置循环往返运行，满 足实际生产使用需要。 图3 小车工作示意图 具体设计制作如下 （1） 进行PLC选型 ； 同前也采用经验设计法， PLC仍选 择西门子的S7-200普通PLC， 继电器或者晶体管输出都可 以， 共使用了7路数字里输入， 4路数字量输出， 没有使用模 拟量输入和输出， 也没有使用特殊的输入例如高速计数， 特 殊的输出例如高速脉冲输出 [4,5]。 根据点数，故选择S7-224 PLC，使用的是交流电源， 包含了14路数字量的输入以及10路继电器的输出， 以上完 全可以满足了本次系统的控制所需。 （2） 确定PLC输入和输出接线图 （图4） 以及相应设备 的数量种类等 （表1） 。 图4 PLC输入和输出接线图 （a ） 电机正反转电气原理图 （b ） P L C 输入/ 输出地址表 （c ） 电机P L C 控制梯形图 （d ） P L C 外部接线图 （e ） P L C 程序 图2 DIY的电机PLC学习模板 2020年 7月上 世界有色金属19 Computer automation 计算机自动化 [1] 廖常初， PLC编程及应用[M]， 北京， 机械工业出版社.2015.1. [2] 田淑珍， S7-200 PLC原理及应用[M]， 北京， 机械工业出版社， 2014. [3] 张运刚等， PLC技术与应用[M]， 人民邮电出版社， 2013. [4] 徐国林， PLC应用技术[M]， 北京， 机械工业出版社， 20014. [5] 廖常初， S7-200 PLC基础教程 （第二版） ， [M]， 北京， 机械工业出版社， 2014. 表1 器件清单 序 号 元件名 称 元件型号元件规格 单 位 数 量 品牌 1 微型断 路器 C65N- D10A/3P 动力保护6kA， 400V AC， 10A， 三极 个1 施耐 德 2 微型断 路器 C65N- D6A/3P 动力保护6kA， 400V AC， 6A， 三极 个1 施耐 德 3 微型断 路器 C65N- C4A/2P 配电保护6kA， 400V AC， 4A， 双极 个1 施耐 德 4 交流接 触器 LC1- D09 B7C AC-3制4kW， 380/400V AC， 9A，内置1/可扩展 3NONC 个2 施耐 德 5 热过载 继电器 LRD-08C TeSysD 经 济 型， ，2.5- 4A， 搭配D09-D38 个1 施耐 德 6继电器 RSB 1A120 B7 接口型， 24V AC， 1CO/12A， 搭配35M基座 个2 施耐 德 7 开关电 源 S-100-24 G1系列， 单相开放式 无认证， 单输出 100W， 24V， 4.5A 个1明纬 8熔断器 RT18- 32/4A RT18-32/4A个2正泰 9按钮 XB2- BA31C Φ22金属平头，弹簧复 位， 1NO， 绿色 个1 施耐 德 10按钮 XB2- BA42C Φ22金属平头，弹簧复 位， 1NC， 红色 个1 施耐 德 11指示灯 XB2- BVB3LC Φ22 标 准 型，24V AC/ DC， LED灯泡， 绿色 个1 施耐 德 12指示灯 XB2- BVB4LC Φ22 标 准 型，24V AC/ DC， LED灯泡， 红色 个1 施耐 德 13 行程开 关 YBLX-WL/ D YBLX-WL/D只4正泰 14 PLC 模 块 6ES7 214-1AD23 -0XB8 CPU224CN DC/DC/ DC， 14输入/10输出， 个1 西门 子 （3） 进行控制流程图设计 （图5） ， 编制控制程序。 图5 程序流程图 梯形图程序 ORGANIZATION_BLOCK主程序OB1 TITLE BEGIN Network 1 //自动运行指示灯 图6 自动运行指示灯网络系统 语句表程序 ORGANIZATION_BLOCK主程序OB1 TITLE BEGIN Network 1 //自动运行指示灯 LD I0.0 O Q0.2 AN M2.0 AN I0.6 Q0.2 （4） 系统调试。 3 应用实施及经济效益 通过DIY的PLC学习模板，能够在职工培训时进行现 场PLC知识的学习，使职工掌握简单的PLC控制原理，模 拟实验可以增加职工熟悉编程基本原理， 判定并排除一般故 障。 这样免除了一有点小故障就干瞪眼， 只能等专家高手来 的尴尬情形， 激发了工友们争先排故维修的场景， 产生了良 好的经济效益， 如节省了专业培训费、 专家指导费、 外请行 家故障维修费用等。 综上所述， DIY的PLC控制系统学习模板确实带来了 明显的好处， 但限于本人的水平， 有很多问题还没有彻底解 决， 需要和工友们继续探索。