PLC在工程机械上的应用

尹湘安

中国水利水电第八工程局有限公司，贵州贵阳 550008

本文主要以建筑工程施工中所应用到的可连续工作的土方开挖机为例，进行了PLC 在工程机械上的应用分析。由于土方开挖机始终工作在条件恶劣的环境中，且单次作业的持续时间非常的长，这就使得在传统人工操作中其性能得不到最大程度的发挥，而将PLC 应用其中，通过提高土方开挖机的自动化水平，能够在很大程度上提升其性能。

1 土方开挖机的控制功能概述

该土方开挖机所必须具备的几项基本控制功能应当包括挖掘链右摆控制、挖掘链左摆控制，挖掘链下降控制、挖掘链上升控制，翻转架下放控制、翻转架上升控制，浮动控制，手动与自动模式切换控制，挖坑与挖壕选项控制，以及转向、换挡、急停等十六项基本控制功能。在该文中，还要将无线控制回路应用其中，实现车内控制与车外遥控控制均能用作土方开挖机操控。

1.1 土方开挖机车上控制回路

要依据土方开挖机车内的传感器信号输入以及电位器信号输入，来对开挖机进行动作控制，该动作应当包括行驶动作以及专业作业动作两个方面。在按照预先制定的任务完成开外作业时，还要针对过程中可能出现的异常、失误进行警报提醒，并做出相应的弥补处理，比如中断操作。除了这些作业动作控制，还应当有换挡、转向、油门调节、制动等控制能力。

1.2 土方开挖机无线遥控回路

以遥控的方式实现对土方开挖机的控制，要将控制信号发送至PLC，通过PLC 来做出进一步的控制；同时，PLC 还要将与开挖机状态相关的主要数据发送给遥控控制器，并实现即时同步，这样才能够保证开挖机的状态始终处于操作人员的控制之下。在使用遥控器对开挖机进行操作控制的时候，控制器还应当针对控制命令给出合理性提示，再者就是当开挖机在作业过程当中出现异常情况时，也应当发出警报，并提供相应的决策建议。

2 土方开挖机PLC 应用的技术实施方案

从预先规划的土方开挖机基本控制功能来分析，在此控制系统中所关系到的对象包括有油门遥控执行装置、变量泵、电磁阀、液力变速箱、报警灯以及转向遥控执行装置等。在这些所有的装置配件中，属于模拟量输入信号的有油门遥控执行装置、变量泵以及转向遥控执行装置总的来说，要在土方开挖机上实现PLC 控制，要实现对10 项模拟量输入与输出控制，以及38 项数字量输入与输出控制，加之编程过程较为复杂，所以要实现整个系统的要求较高。为实现该系统，本文对土方开挖机选用了MIEMENS S7-200 的226 型PLC 控制器，为了满足系统中对所有信号的输入/输出控制，还选用了EM223、EM232 各一个，以及EM235 两个。

3 土方开挖机PLC 系统实现

3.1 土方开挖机PLC 初始化系统的实现

当PLC 控制系统通电后，其首先应当完成的一项工作内容便是初始化。整个PLC 控制系统的初始化由两个部分组成，分别是自检阶段以及遥控状态初始。

第一，系统自检。系统自检的主要工作内容是，当土方开挖机的外部运行条件不适宜，或是系统自身存在异常，便立即给出提示并暂挂或终止程序执行，提供相应的处理建议。如果是PLC 系统自身有异常而导致自检无法通过，一般都是由于上电不正常、扩展模块不存在等问题造成的；外部原因的话可能性较多，总之可能导致开挖机作业发生意外，且能够被检测到的因素均能算在其中；

第二，遥控状态位的初始化。在该初始化过程当中，主要包括了遥控状态以及主要自由端口设置两个部分的内容。本文土方开挖机PLC 系统采用了RS485 进行指令接收，所以要针对性的进行参数设置、选择，比如波特率以及端口号等等。在进行遥控状态初始化的时候，首先要将寄存器内上次控制后保存下来的状态值清除，然后调整到预先设定的初始化状态。

3.2 土方开挖机PLC 控制系统的车上控制

要在土方开挖机车上进行PLC 系统控制，主要是依据控制面板上的开挖机的作业状态来执行，它可以分为人工操作与自动操作两种模式，人工操作应当进行适时的变化调整，自动操作则是通过预先设定工作模式、转速以及时间等参数来完成。

3.3 土方开挖机PLC 控制系统的遥控控制

第一，如果土方开挖机的PLC 控制模式为遥控控制，但是在时长4s 内不能接收到来自控制器的相关信号，则应当立即停止运作，所有作业动作终止，一切状态挂起；第二，如果土方开挖机的PLC 控制模式为遥控控制，且接收到了相关的信号，首先要对信号指令做出预先的有效性验证以及合理性判断，一方面是判断信号指令是否合法，另一方面判断操作是否会造成异常或是事故等，并根据判断结果来选择执行与否；第三，为防止由于丢失数据而产生遥控中断现象，控制系统中采用了一问三答的情况。控制系统每收到一次遥控器发出的指令，做 3 次应答，返回车辆的当前工作状态，每次返回应答间隔 0.4s。整个控制系统软件采用了模块化程序设计方法。模块化的程序设计方法，是 PLC 程序设计最有效、最基本的方法。程序结构分析和设计的基本任务是以模块化程序结构为前提，以系统功能要求为依据，按照相对独立的原则，系统设计了 1 个主控程序、15 个子模块和 2 个中断模块（响应遥控信号）。

[1]闵华松，李美升，魏洪兴，等.工程机械智能控制器设计[J].信息与控制，2009,(10):67-68.

[2]李斌贵，邓唯一，丁岩.PLC在现代工程机械中的应用简介[J].工程机械与维修，2012,(09):134-136.