尹湘安

中國水利水電第八工程局有限公司，貴州貴陽 550008

本文主要以建筑工程施工中所應用到的可連續(xù)工作的土方開挖機為例，進行了PLC 在工程機械上的應用分析。由于土方開挖機始終工作在條件惡劣的環(huán)境中，且單次作業(yè)的持續(xù)時間非常的長，這就使得在傳統(tǒng)人工操作中其性能得不到最大程度的發(fā)揮，而將PLC 應用其中，通過提高土方開挖機的自動化水平，能夠在很大程度上提升其性能。

1 土方開挖機的控制功能概述

該土方開挖機所必須具備的幾項基本控制功能應當包括挖掘鏈右擺控制、挖掘鏈左擺控制，挖掘鏈下降控制、挖掘鏈上升控制，翻轉(zhuǎn)架下放控制、翻轉(zhuǎn)架上升控制，浮動控制，手動與自動模式切換控制，挖坑與挖壕選項控制，以及轉(zhuǎn)向、換擋、急停等十六項基本控制功能。在該文中，還要將無線控制回路應用其中，實現(xiàn)車內(nèi)控制與車外遙控控制均能用作土方開挖機操控。

1.1 土方開挖機車上控制回路

要依據(jù)土方開挖機車內(nèi)的傳感器信號輸入以及電位器信號輸入，來對開挖機進行動作控制，該動作應當包括行駛動作以及專業(yè)作業(yè)動作兩個方面。在按照預先制定的任務完成開外作業(yè)時，還要針對過程中可能出現(xiàn)的異常、失誤進行警報提醒，并做出相應的彌補處理，比如中斷操作。除了這些作業(yè)動作控制，還應當有換擋、轉(zhuǎn)向、油門調(diào)節(jié)、制動等控制能力。

1.2 土方開挖機無線遙控回路

以遙控的方式實現(xiàn)對土方開挖機的控制，要將控制信號發(fā)送至PLC，通過PLC 來做出進一步的控制；同時，PLC 還要將與開挖機狀態(tài)相關的主要數(shù)據(jù)發(fā)送給遙控控制器，并實現(xiàn)即時同步，這樣才能夠保證開挖機的狀態(tài)始終處于操作人員的控制之下。在使用遙控器對開挖機進行操作控制的時候，控制器還應當針對控制命令給出合理性提示，再者就是當開挖機在作業(yè)過程當中出現(xiàn)異常情況時，也應當發(fā)出警報，并提供相應的決策建議。

2 土方開挖機PLC 應用的技術實施方案

從預先規(guī)劃的土方開挖機基本控制功能來分析，在此控制系統(tǒng)中所關系到的對象包括有油門遙控執(zhí)行裝置、變量泵、電磁閥、液力變速箱、報警燈以及轉(zhuǎn)向遙控執(zhí)行裝置等。在這些所有的裝置配件中，屬于模擬量輸入信號的有油門遙控執(zhí)行裝置、變量泵以及轉(zhuǎn)向遙控執(zhí)行裝置總的來說，要在土方開挖機上實現(xiàn)PLC 控制，要實現(xiàn)對10 項模擬量輸入與輸出控制，以及38 項數(shù)字量輸入與輸出控制，加之編程過程較為復雜，所以要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的要求較高。為實現(xiàn)該系統(tǒng)，本文對土方開挖機選用了MIEMENS S7-200 的226 型PLC 控制器，為了滿足系統(tǒng)中對所有信號的輸入/輸出控制，還選用了EM223、EM232 各一個，以及EM235 兩個。

3 土方開挖機PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 土方開挖機PLC 初始化系統(tǒng)的實現(xiàn)

當PLC 控制系統(tǒng)通電后，其首先應當完成的一項工作內(nèi)容便是初始化。整個PLC 控制系統(tǒng)的初始化由兩個部分組成，分別是自檢階段以及遙控狀態(tài)初始。

第一，系統(tǒng)自檢。系統(tǒng)自檢的主要工作內(nèi)容是，當土方開挖機的外部運行條件不適宜，或是系統(tǒng)自身存在異常，便立即給出提示并暫掛或終止程序執(zhí)行，提供相應的處理建議。如果是PLC 系統(tǒng)自身有異常而導致自檢無法通過，一般都是由于上電不正常、擴展模塊不存在等問題造成的；外部原因的話可能性較多，總之可能導致開挖機作業(yè)發(fā)生意外，且能夠被檢測到的因素均能算在其中；

第二，遙控狀態(tài)位的初始化。在該初始化過程當中，主要包括了遙控狀態(tài)以及主要自由端口設置兩個部分的內(nèi)容。本文土方開挖機PLC 系統(tǒng)采用了RS485 進行指令接收，所以要針對性的進行參數(shù)設置、選擇，比如波特率以及端口號等等。在進行遙控狀態(tài)初始化的時候，首先要將寄存器內(nèi)上次控制后保存下來的狀態(tài)值清除，然后調(diào)整到預先設定的初始化狀態(tài)。

3.2 土方開挖機PLC 控制系統(tǒng)的車上控制

要在土方開挖機車上進行PLC 系統(tǒng)控制，主要是依據(jù)控制面板上的開挖機的作業(yè)狀態(tài)來執(zhí)行，它可以分為人工操作與自動操作兩種模式，人工操作應當進行適時的變化調(diào)整，自動操作則是通過預先設定工作模式、轉(zhuǎn)速以及時間等參數(shù)來完成。

3.3 土方開挖機PLC 控制系統(tǒng)的遙控控制

第一，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，但是在時長4s 內(nèi)不能接收到來自控制器的相關信號，則應當立即停止運作，所有作業(yè)動作終止，一切狀態(tài)掛起；第二，如果土方開挖機的PLC 控制模式為遙控控制，且接收到了相關的信號，首先要對信號指令做出預先的有效性驗證以及合理性判斷，一方面是判斷信號指令是否合法，另一方面判斷操作是否會造成異常或是事故等，并根據(jù)判斷結果來選擇執(zhí)行與否；第三，為防止由于丟失數(shù)據(jù)而產(chǎn)生遙控中斷現(xiàn)象，控制系統(tǒng)中采用了一問三答的情況?？刂葡到y(tǒng)每收到一次遙控器發(fā)出的指令，做 3 次應答，返回車輛的當前工作狀態(tài)，每次返回應答間隔 0.4s。整個控制系統(tǒng)軟件采用了模塊化程序設計方法。模塊化的程序設計方法，是 PLC 程序設計最有效、最基本的方法。程序結構分析和設計的基本任務是以模塊化程序結構為前提，以系統(tǒng)功能要求為依據(jù)，按照相對獨立的原則，系統(tǒng)設計了 1 個主控程序、15 個子模塊和 2 個中斷模塊（響應遙控信號）。

[1]閔華松，李美升，魏洪興，等.工程機械智能控制器設計[J].信息與控制，2009,(10):67-68.

[2]李斌貴，鄧唯一，丁巖.PLC在現(xiàn)代工程機械中的應用簡介[J].工程機械與維修，2012,(09):134-136.