PLC在制造业产品自动化检验中的应用

2013-07-07罗云山

机电信息 2013年6期

罗云山

（广东省粤东商贸技工学校，广东梅州 514031）

0 引言

产品质量检测是产品生产和管理过程中一个十分重要的环节，之前一直采取的是人工检测配合继电器控制的方法，不仅需要很多硬连接电器，而且可靠性及效率较低。而现在采用PLC进行质量控制的控制方式，在很大程度上提高了控制系统的可靠性及工作效率，为产品质量提供了可靠性保障。本文主要阐述利用PLC检测石油装备制造业之中的油田井下管杆柱制造过程中的检测方法。该方法优势在于电路结构简单，成本较低，可靠性及灵活性较高，并在其他产品质量检测控制方面均可适用。

1 PLC选型以及控制要求

目前国内外众多PLC厂家生产有各种类型的PLC，其系列标准不同，功能不一，价格悬殊，因此在选择PLC的过程中，需要对性价比进行综合性考量，选择功能齐全、可靠性高、负载能力满足需求且成本符合预算的产品。本文针对产品自动化检测的实际需要，结合检测控制系统输入及输出点数的要求，选用日本OMRON公司的可编程逻辑控制器CPM1A-20CD。

制造业的产品自动化检测实际上是一种基于数据的逻辑控制。PLC接收来自传感器的相关数据，如尺寸、形状、表面质量等，通过对这些数据的分析、控制，实现对产品质量检验的控制。

2 PLC系统设计方案

2.1 系统结构设计

本文的PLC网络系统主要由安装在操作台以及保护柜处的2个互相独立的PLC子系统构成，分别称为操作PLC和保护PLC，借助二芯电缆对两者进行连接，构成一个MPI网络。操作PLC和上位机之间通信的实现借助CP340模块，如图1所示。

图1 PLC网络系统结构示意图

安装在操作台的操作PLC主要包括电源模块、CPU模块、输出模块、输入模块以及通信模块等5大部分，除了输出模块数量为3个之外，其余4大模块均只有1个。3个输出模块的输出地址分别为 Q0.0～Q0.7、Q1.0～Q1.7、Q4.0～Q4.7、Q5.0～Q5.7以及Q8.0～Q8.7、Q9.0～Q9.7，分别包括16个输出端子；输入模块的地址为 I12.0～I12.7、I13.0～I13.7、I14.0～I14.7、I15.0～I15.7，输入端子数量为32个，通信模块对应的地址为320～335，共 16位。

操作PLC主要具备以下功能：对外来的输入信号进行接收，此处的外来输入信号主要指传感器信号、操作台面板上的选择开关信号、来自于保护PLC的信号、按钮信号以及上位机所发出的信号等，并以拟定逻辑控制操作台面板指示灯状态为主要依据，向保护PLC发送相应的输出信号，最终全部的信号将会传输到上位机系统。在PLC和上位机进行正常通信的过程中，需要将操作台中的ZJ5、ZJ6以及ZJ14等继电器予以关闭，确保其不发挥作用；在PLC和上位机正常通信被中断的情况下，再将这些继电器开启，使其接点信号输入PLC，取代来自于上位机的信号。

2.2 系统硬件配置

按照生产厂家的检测标准，产品的检测包括了静态检测和动态监测2个方面，为确保这2种检测及试验功能要求的顺利实现，相应的输入口和输出口应分别是12个点和10个点，因此，选择型号为CMP1A-30CD的检测设备，该设备的I/O单元中，停止启动选择的是常闭按钮，试验选择的是常开按钮，输出选择的是24 V直流继电器。

为了尽可能地减少输入口的数量，同时将成本有效控制在最低限度范围内，该系统的运行及实验功能的转换选择的是I/O模块连线，并对其进行优化并联设计，经过优化之后，1个输入节点完全可以发挥2个输入节点的功效，这样便可以确保PLC在2种不同的方式下开展相应工作的功能的实现。

当系统处于正常的运行状态下，运行及试验功能转换旋转按钮S与1～3触点接通，此时所有的试验按钮均不发挥任何作用，并向PLC输入端传输检测所需要的控制反馈信号；当系统处于试验状态情况下，运行及试验功能转换旋转按钮S与1～2触点接通，此时所有的检测控制输入信号也并不发挥任何作用，所以位置控制信号可以借助对应的试验按钮来加以取代，并向PLC输入端传输吸纳后，对动作程序是否合理进行检测，与此同时还需要确定是否有进行维修的必要。对应于2种控制方式的信号被一起传输到节点，使PLC使用效率得到明显提升。

为了对油田井下管杆柱制造质量进行有效的动态监测，在油田井下管杆柱内部植入RFID电子标签（图2），通过对RFID无线射频传感器传来的数据进行分析，判断其与数据库中正常数据或设计图之间的差异，若差异在正常的范围之内，则判定其合格，PLC向流水线发布指令，准许该产品进入下一工序，否则不予放行，根据其出现的问题进行返工或者作废品处理。

图2 RFID电子标签植入油田井下管杆柱示意图

电子标签植入油田井下管杆柱，不仅生产线上的分段加工取决于RFID标签的信息，而且使电子标签充当了井下管杆柱的移动信息载体，可以RFID无线射频技术为理论依托开发相应的信息化管理系统，从而实现油田井下管杆柱（工具）的信息化管理，为这些产品从入库、仓储、发料、检定，到下井、服役、修理、报废的所有环节提供有效的信息化监控手段。

动态监测和静态检测存在一定的不同，关键在于检测时间与数据库的调用。为了满足系统的实际需求，在本设计方案中并没有使用可编程逻辑控制器内部定时器，为了对测试时间设定予以有效控制，本方案在面板上安装了可调数显定时器，这样可以确保系统达到较为优越的控制应用灵活性。为了最大限度地降低操作难度，选择了停止按钮的常闭状态，为确保控制回路通断的顺利实现，安装了可编程逻辑控制器0000端控制内部中间继电器。在控制器油田井下管杆柱工序位置检测方面，利用的是点接触式检测控制器，并与可编程逻辑控制器输入端口相对应，这样系统就能够探知下一个产品进入检测区的时间，从而为其做好准备。进行试验的过程中，需要对转换开关进行调整，使其处于试验位置状态，以便对相应的输入信号状态进行模拟，顺利进行输出检查控制。