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  0 引言

    在现代化生产设备控制中有大量的开关量、数字量、脉冲量及模拟量，采用传统的继电器或分立的电子线路来作为自动控制装置，存在系统结构复杂、功耗大、可靠性差等诸多缺点。而采用PLC来实行这些控制不仅能克服以上缺点，可实现逻辑控制、过程控制、位置控制等，且体积小，使用维护方便。笔者就我厂2台绕线式电动机转子串电阻起动的继电器控制系统，应用PLC控制手段来实现其逻辑顺序控制功能和系统集中控制做如下介绍。  

    1 控制对象和要求

    主机设备主要几条原料输送机，其中1号皮带输送机为l台功率是55kW的鼠笼式异步电动机拖动，采用自接起动控制方式；2号皮带输送机为2台功率为155kW绕线式异步电动机拖动，采用转子串电阻调速起动控制方式。

    物料流程为：原料库底给料机给料→2号皮带输送机→1号皮带输送机→均化库因1号皮带输送机距离较长，工况条件较差，而且经常在重载状况下起动。机械人员要求皮带起动加速度小于0．3m／s2，所以系统必须要有较大的起动力矩和很好的起动特性来满足这一工况条件。原有电气控制采用绕线式电动机转子串电阻的起动调速方式，根据起动特性曲线要求将电阻通过计算后分成8段不同的阻值，并联到8个接触器上，再将这8个接触器通过二进制逻辑编码组成16级电动机顺序起动调速控制电路来完成皮带输送机整个起动过程。由于早期逻辑顺序控制电路一般采用继电器来实现，从而造成整个控制电路接线非常复杂，触点多，故障率高。因此，利用PLC替代原有继电器控制电路，不但可以解决以上问题，还可以将1号皮带输送机及给料机进行集中控制，减少二次接线和投资费用，改造简单。

2 PLC程序设计与编程

2．1 编写程序

    根据物料流程，可将1号皮带输送机、给料机起动／停止以及皮带跑偏、撕裂和拉绳开关等开／停机控制和事故保护停机信号、联锁信号一并出PLC程序自动完成控制，工作原理如下：开机状况：系统在联锁状态下按下起动按钮，预告响铃30s后1号输送机起动，经15s延时起动2号输送机的1号电动机，延时2s起动2号电动机，经56s完成2号输送机整个起动过程，后起动给料机。停机状况：与开机顺序相反。当按下停止按钮后，先停给料机，再自由停2号输送机，经120s延时停1号输送机。

2．2 PLC的选型

    通过计算，控制系统外部输入点数（bbbbb）为11点，控制输出点数（OUTPUT）o 17点。因我厂OMRON系列PLC应用较普遍，因此选用OMRON系列C60P—CDR—AE型，共bbbbb 24V DC 7mA 32点；OUTPUT 2VDC／250VAC 2A 28点；该机型能满足系统控制要求，具有较好的性价比。

2．3 程序编程调试与程序存贮

    在PLC处于PROGRAM（编程）状态下，将设计好的梯形图用OMRON编程器PR015逐条指令写到PLC存贮器中。在输入指令过程中，可按SRCH键来检查输入程序指令是否有错并进行修改，直到完成。

    经检查程序无误后，可进行程序调试和系统模拟试运行。断开所有主回路电源开关后，合上控制电源开关、PLC电源开关，按下起动信号按钮，逐—检查PLC输入输出程序执行情况，达到设计要求后可将程序固化保存。 

3 应用情况

    系统经试车运行获得较好效果，其控制线路简单，动作可靠，故障率大大减少（几乎无故障），克服了过去的继电器控制时故障频繁、动作不可靠以及接线麻烦等缺点。这说明在开关量控制、顺序控制的改造中PLC只有很大优势，有很高的性价比。

  众多领域都得到广泛的应用;特别是在机车电气控制系统中大量运用。为此我们与四方机车车辆厂合作，采用PLC对现有的GK1F机车进行改造，取得了良好的效果。此举措不仅可以大大地简化线路，而且在电气系统运行可靠性有了显著提高。同时还改变了风泵电机的起动方式，降低了故障率也使维修人员维修方便，提高了工作效率。

　　2. GK1F型机车PLC电气控制系统设计

　　2.1电气系统的改造设计思路

　　根据我部原有电气系统为PLC控制的GK1F机车(1021—1024)和GK2B机车(1001、1002)，以及资阳机车车辆厂改造的PLC控制的GK1F机车(1006—1007);根据各种情况综合对比我们选择与青岛四方机车车辆厂联合对我部剩余的三台机车进行改造。其电气系统的设计思想与GK1F机车和GK2B机车的电气系统相近;且各配件与这两种机车的配件基本相同，便于维修和互换。在具体设计思想上维持原继电器、接触器控制系统的逻辑顺序和控制原理。

　　2.2 PLC的I/O点数选定

　　在控制电路中，输入PLC的控制信号为32点，包括司机指令信号(如司机控制器、各琴键开关、按钮开关等元件的触点信号)和机车状态信号(如温度继电器、压力继电器、柴油机转速信号和机车速度信号等)。PLC输出的控制信号点数为32点，包括动作执行元件(各接触器线圈、电空阀及去电子调速箱的控制信号)。

　　2.3硬件组成

　　2.3.1 PLC系统

　　这是整个系统的核心部分，采用的是日本三菱公司的FX2—80MR—D型PLC。该机型为整体式PLC机，结构紧凑、体积小、重量轻，具有很强的抗干扰能力和负载能力。而且FX2系列PLC机是三菱公司90年代初推出的产品，它的大的特点是在小型机上实现大型机的功能，可与计算机自由联接。该机型有40个输入点和40个输出点。不带扩展模块，完全满足系统的要求。机车速度和柴油机转速传感器采用了目前铁路机车通用的数字式测速传感器。

项目 性能指标 

操作控制方式 反复扫描程序 

I/O刷新方式 批处理方式 

操作处理时间 基本指令：0.74μs/步 

编程语言 继电器符号语言（梯形图）+步进指令 

指令数 基本指令20条；步进指令2条；应用指令85条 

输入继电器 24V DC，7mA，光电隔离 

输出继电器 30V DC，2A（电阻负载） 

定时器 时钟脉冲：1ms、10ms、100ms 

辅助（中间）继电器 通用辅助继电器、锁存型辅助继电器、特殊辅助继电器 

　　2.3.2输出驱动部分

　　因为输出部分控制的负载多为感性负载，为此选用固态继电器进行功率放大。但在电路中未加设二极管保护和过压吸收电路;仅在发电机回路中加装了过压吸收保护电路。

　　2.3.3电源部分

　　系统需要用DC24V供电，而机车电源为DC110V。因此需要一个将DC110V转换为DC24V的专用开关电源。在改造过程中选用了由四方机车车辆厂设计制造的专用开关电源。该电源有较宽的输入范围(DC30V—DC135V)，既能满足柴油机起动时蓄电池压降大的需要，又不至于电压失调时的过压冲击。

　　2.4 PLC控制系统的程序设计

　　该控制系统的程序设计由四方机车车辆厂设计院设计，程序大多根据原机车电气原理图的控制方式编写。在程序设计时取消了原电路中所有的中间继电器、时间继电器和大部分中间起联锁作用的接触器的辅助触点;同时还取消了原有的电气换档装置和机车超速保护装置。这些装置的功能完全由程序控制来实现，使电路得到了简化且功能进一步增强。此外还增加了柴油机工作计时表，准确的记录了柴油机的工作时间;为检修人员确定柴油机的修程提供了参考依据。下面仅对系统改造中程序设计的几个关键环节进行阐述。

　　2.4.1柴油机无级调速控制

　　柴油机调速系统在此前已经进行了改造，由原来的电空阀——操作风缸控制改为步进电机无级调速。所以在这次改造中对于柴油机调速系统仍沿袭以往的程序设计;使PLC输出4个信号(调速1至调速4);这4个调速信号经放大后作为信号向电子调速控制箱提供输入信号。

　　2.4.2电气换档改造

　　电气换档系统设计了两种换档方法;一种为柴油机3把位以上换Ⅱ档，无须采集柴油机转速信号。另一种为分别采集机车速度信号和柴油机转速信号，对两信号进行比较;当达到设定值时机车换档。其具体换档点速度见表2。

　　表2 机车换档点速度表(50km/h限速)

司机控制器

档位 机车速度（km/h）大于 换档情况 机车速度（km/h）小于 换档情况 

3 15.16 Ⅰ档换Ⅱ档 14.04 Ⅱ档换Ⅰ档 

4 16.29 Ⅰ档换Ⅱ档 15.08 Ⅱ档换Ⅰ档 

5 17.42 Ⅰ档换Ⅱ档 16.13 Ⅱ档换Ⅰ档 

6 18.54 Ⅰ档换Ⅱ档 17.17 Ⅱ档换Ⅰ档