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[摘 要]在生产机械中PLC得到了广泛应用，但其控制电路普遍存在缺陷。本文对控制电路的缺陷进行分析，寻找问题控制电路的根源，优化解决方案，改进机械控制质量。
[关键词]PLC 控制电路 缺陷 改进
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0100-01
绝大多数控制电路中没有生产机械运行状态的反馈信号，操作人员无法及时掌握生产机械的运行状态，不能及时发现、处理设备故障;PLC控制各种生产机械，其控制电路都含有起—保—停控制单元或正反转控制单元，这二种控制单元中的按钮都是直接接在PLC的数字量输入端，从安全方面及可靠性方面考虑这种接法是不合理的。因此，在工程设计中，我们不仅要考虑生产机械的控制电路及控制程序是否满足生产工艺要求，还要考虑执行器的反馈信号，更要把生产机械及其控制电路安全可靠运行放在第一位。
1 控制电路缺陷
在很多情况下，生产机械（电动机）需要紧急停车，但是，当上述二种控制单元出现下面的二种故障时无法实现紧急停车。
第一种故障是当PLC的数字量输入端现故障时，PLC无法接收按钮等主令电器发出的指令，电动机一旦转动便无法用停止按钮使其断电停车。
第二种故障是很多人习惯把按钮的常闭触点接在PLC的数字量输入端作为停止按钮，这种停止按钮长期通电，其触点有可能粘连，按下停止按钮时同样也无法使电动机断电停车。
遇到以上二种故障时，只能切断主回路电源才能使电动机停车，如果主回路电源开关距离较远，则生产机械（电动機）不能快速停车，有可能出现重大的人身伤亡事故和设备事故，例如矿山主井、副井的卷扬机绝对不允许出现电动机不能及时、迅速、准确停车的故障。
下面的二种情况在工程实际中也可能遇到：
第一种情况是按下正转（反转）起动按钮希望电动机开始正转（反转），但由于控制正转（反转）的接触器出现故障，电动机并没有运行，如果此时控制地点距离现场设备较远，又没有电动机运行状态的反馈信号，操作人员及PLC就不能准确判断此时的电动机运行状态，不能及时发现、处理故障。
第二种情况是在电动机运行过程中，当接触器出现故障使电动机停车时，如果没有电动机运行状态的反馈信号，也可能无法及时发现、处理故障。
2 控制电路改进
以PLC控制电动机正反转单元为例。
控制电路改进包括硬件电路改进及控制程序改进二部分。
针对前面讨论的二种故障和二种情况，改进措施是：1）设置手动控制的最高优先权，即无论在任何情况下，操作人员按下停止按钮，电动机都会停车; 2）在控制电路中增加“记忆”电动机正转、反转、停止状态的中间继电器;3）利用上位机HMI（人机界面）实现对电动机（生产机械）的监视和控制;
改进后的PLC控制系统反馈信号一般由现场设备（如接触器）的触点接到PLC数字量输入端，只有在PLC捕捉到电动机运行的反馈信号，才能表明电动机运行正常。否则，必须在HMI中进行故障显示，或执行相应的处理动作。控制信号是使现场设备动作的信号，它一般由HMI 通过PLC的数字量输出端接到现场设备的执行机构或中间机构（如中间继电器）。
改进后的PLC外围电路，与常用的PLC控制正反转外围电路完全不同。KM1、KM2分别是电动机正转、反转的接触器，其常开辅助触点作为反馈信号接PLC数字量输入端。KA1、KA2、KA3分别是“记忆”电动机正转、反转、停止状态的中间继电器，其线圈作为控制信号接PLC数字量输出端。I0.2接主电源的反馈信号。
2.1 硬件电路改进
1、HMI监控：利用Wincc组态软件可以组态形象、逼真的监控画面，便于操作人员监视、了解生产机械的运行状态，从而可以避免前面所讨论的二种情况出现;更重要的是还可以在画面中组态“软”按钮，取代接在PLC输入端的 “硬”按钮，再加之设置手动停车的最高优先权，从而可以避免前面所讨论的二种故障出现。触摸画面中的“软”按钮实现对电动机的正反转控制。
不仅有“软”按钮，还有虚拟的正反转控制主电路，当前画面KM1主触点闭合，电动机正转，正转指示灯变绿。如果KM2主触点闭合，电动机则反转，反转指示灯也变绿。当出现故障时，可以在报警记录的故障消息中归档处理。
2、手动/自动控制：手动控制通过纯硬件电路实现，电路形式与传统的接触器—继电器正反转控制电路基本相同。自动控制是由HMI通过PLC对中间继电器进行控制，正转按钮与中间继电器的常开触点并联，表明自动方式和手动方式起同样的作用。操作人员触摸HMI的画面中的“软”按钮，HMI发出控制命令，使电动机正转（反转）或停车。控制电路中有一个“硬”停止按钮，与之串联KA3的常闭触点（与HMI的画面中的“软”停止按钮对应）也起停止按钮作用，这二个“停止按钮”都没有直接接在PLC的数字量输入端。“硬”停止按钮实现手动停车的最高优先权。
2.2 控制程序改进
电动机正反转控制程序的变量表如表1所示。由于硬件电路与常用的PLC控制正反转电路完全不同，所以PLC输入输出变量的意义也就完全不同。还使用了若干个PLC内部的辅助继电器：M0.0～M0.2分别与HMI画面中的正转、反转、停止三个“软”按钮相连;M1.0～M1.2分别是三个中间继电器的释放命令。释放中间继电器的作用有二个：一是不让中间继电器的触点长期通电，延长触点的使用寿命;二是避免当硬件出现故障时电动机没有动作，而当故障排除后电动机产生的误动作。
3 结束语
设计生产机械的控制电路必须满足五个要求，其中二个要求与安全有关。一是当控制电路在事故的情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大;二是控制电路中的电器工作可靠、牢固、稳定并符合使用环境条件。目前，安全生产事故频发，人们在分析事故原因时，往往只注重是否违反了规章制度和操作规程，而忽视了生产机械控制电路的设计是否合理、是否有缺陷。笔者撰写本文的目的是希望在设计生产机械的硬件电路和控制程序时，要全面细致地考虑问题，绝不能存在安全性、可靠性方面的缺陷，绝不能为安全生产埋下隐患。由于正反转电路是各种生产机械控制电路的基本单元，所以本文的探讨具有典型意义。
参考文献
[1]李彩娟;刘乘;;瓷砖装箱机的控制系统设计[J];包装与食品机械;2010年02期
[2]韦家武;冯荣芳;赵胜荣;;浅谈水电厂检修排水泵的自动控制[J];中国城市经济;2011年23期
[关键词]PLC 控制电路 缺陷 改进
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0100-01
绝大多数控制电路中没有生产机械运行状态的反馈信号，操作人员无法及时掌握生产机械的运行状态，不能及时发现、处理设备故障;PLC控制各种生产机械，其控制电路都含有起—保—停控制单元或正反转控制单元，这二种控制单元中的按钮都是直接接在PLC的数字量输入端，从安全方面及可靠性方面考虑这种接法是不合理的。因此，在工程设计中，我们不仅要考虑生产机械的控制电路及控制程序是否满足生产工艺要求，还要考虑执行器的反馈信号，更要把生产机械及其控制电路安全可靠运行放在第一位。
1 控制电路缺陷
在很多情况下，生产机械（电动机）需要紧急停车，但是，当上述二种控制单元出现下面的二种故障时无法实现紧急停车。
第一种故障是当PLC的数字量输入端现故障时，PLC无法接收按钮等主令电器发出的指令，电动机一旦转动便无法用停止按钮使其断电停车。
第二种故障是很多人习惯把按钮的常闭触点接在PLC的数字量输入端作为停止按钮，这种停止按钮长期通电，其触点有可能粘连，按下停止按钮时同样也无法使电动机断电停车。
遇到以上二种故障时，只能切断主回路电源才能使电动机停车，如果主回路电源开关距离较远，则生产机械（电动機）不能快速停车，有可能出现重大的人身伤亡事故和设备事故，例如矿山主井、副井的卷扬机绝对不允许出现电动机不能及时、迅速、准确停车的故障。
下面的二种情况在工程实际中也可能遇到：
第一种情况是按下正转（反转）起动按钮希望电动机开始正转（反转），但由于控制正转（反转）的接触器出现故障，电动机并没有运行，如果此时控制地点距离现场设备较远，又没有电动机运行状态的反馈信号，操作人员及PLC就不能准确判断此时的电动机运行状态，不能及时发现、处理故障。
第二种情况是在电动机运行过程中，当接触器出现故障使电动机停车时，如果没有电动机运行状态的反馈信号，也可能无法及时发现、处理故障。
2 控制电路改进
以PLC控制电动机正反转单元为例。
控制电路改进包括硬件电路改进及控制程序改进二部分。
针对前面讨论的二种故障和二种情况，改进措施是：1）设置手动控制的最高优先权，即无论在任何情况下，操作人员按下停止按钮，电动机都会停车; 2）在控制电路中增加“记忆”电动机正转、反转、停止状态的中间继电器;3）利用上位机HMI（人机界面）实现对电动机（生产机械）的监视和控制;
改进后的PLC控制系统反馈信号一般由现场设备（如接触器）的触点接到PLC数字量输入端，只有在PLC捕捉到电动机运行的反馈信号，才能表明电动机运行正常。否则，必须在HMI中进行故障显示，或执行相应的处理动作。控制信号是使现场设备动作的信号，它一般由HMI 通过PLC的数字量输出端接到现场设备的执行机构或中间机构（如中间继电器）。
改进后的PLC外围电路，与常用的PLC控制正反转外围电路完全不同。KM1、KM2分别是电动机正转、反转的接触器，其常开辅助触点作为反馈信号接PLC数字量输入端。KA1、KA2、KA3分别是“记忆”电动机正转、反转、停止状态的中间继电器，其线圈作为控制信号接PLC数字量输出端。I0.2接主电源的反馈信号。
2.1 硬件电路改进
1、HMI监控：利用Wincc组态软件可以组态形象、逼真的监控画面，便于操作人员监视、了解生产机械的运行状态，从而可以避免前面所讨论的二种情况出现;更重要的是还可以在画面中组态“软”按钮，取代接在PLC输入端的 “硬”按钮，再加之设置手动停车的最高优先权，从而可以避免前面所讨论的二种故障出现。触摸画面中的“软”按钮实现对电动机的正反转控制。
不仅有“软”按钮，还有虚拟的正反转控制主电路，当前画面KM1主触点闭合，电动机正转，正转指示灯变绿。如果KM2主触点闭合，电动机则反转，反转指示灯也变绿。当出现故障时，可以在报警记录的故障消息中归档处理。
2、手动/自动控制：手动控制通过纯硬件电路实现，电路形式与传统的接触器—继电器正反转控制电路基本相同。自动控制是由HMI通过PLC对中间继电器进行控制，正转按钮与中间继电器的常开触点并联，表明自动方式和手动方式起同样的作用。操作人员触摸HMI的画面中的“软”按钮，HMI发出控制命令，使电动机正转（反转）或停车。控制电路中有一个“硬”停止按钮，与之串联KA3的常闭触点（与HMI的画面中的“软”停止按钮对应）也起停止按钮作用，这二个“停止按钮”都没有直接接在PLC的数字量输入端。“硬”停止按钮实现手动停车的最高优先权。
2.2 控制程序改进
电动机正反转控制程序的变量表如表1所示。由于硬件电路与常用的PLC控制正反转电路完全不同，所以PLC输入输出变量的意义也就完全不同。还使用了若干个PLC内部的辅助继电器：M0.0～M0.2分别与HMI画面中的正转、反转、停止三个“软”按钮相连;M1.0～M1.2分别是三个中间继电器的释放命令。释放中间继电器的作用有二个：一是不让中间继电器的触点长期通电，延长触点的使用寿命;二是避免当硬件出现故障时电动机没有动作，而当故障排除后电动机产生的误动作。
3 结束语
设计生产机械的控制电路必须满足五个要求，其中二个要求与安全有关。一是当控制电路在事故的情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大;二是控制电路中的电器工作可靠、牢固、稳定并符合使用环境条件。目前，安全生产事故频发，人们在分析事故原因时，往往只注重是否违反了规章制度和操作规程，而忽视了生产机械控制电路的设计是否合理、是否有缺陷。笔者撰写本文的目的是希望在设计生产机械的硬件电路和控制程序时，要全面细致地考虑问题，绝不能存在安全性、可靠性方面的缺陷，绝不能为安全生产埋下隐患。由于正反转电路是各种生产机械控制电路的基本单元，所以本文的探讨具有典型意义。
参考文献
[1]李彩娟;刘乘;;瓷砖装箱机的控制系统设计[J];包装与食品机械;2010年02期
[2]韦家武;冯荣芳;赵胜荣;;浅谈水电厂检修排水泵的自动控制[J];中国城市经济;2011年23期