基于PLC控制的自动化设备金属零件检测分析

邢玲玲

（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃 武威 733006）

电气自动化设备在运行过程中由于振动幅度比较大，且运行工作量较大，运行过程中受到化学、电、热等因素影响，经常会出现各种故障，其中包括设备金属零件松动、设备金属零件老化以及设备金属零件失效等，大部分故障都是因电气自动化设备金属部件本身存在的缺陷导致，因此金属部件的内部缺陷为电气自动化设备运行埋下故障隐患，一旦出现故障，会影响到设备生产效率，造成严重的经济损失，所以电气自动化设备金属部件检测分析成为设备安全稳定运行有效手段[1]。用于电气自动化设备金属部件检测分析方法主要有远红外检测分析方法、基于人工智能的检测分析方法、基于数学模型的检测分析方法等，这些方法在电气自动化设备金属零件检测分析中取得了一定的应用成果。但是随着电气自动化技术的快速发展，对其金属零件检测分析也提出了更高的要求，传统方法在实际应用中无法识别到设备金属零件暴露程度较小的缺陷，识别效率、精度、查全率较低，并且经常出现错查、误查现象，导致传统方法已经无法满足电气自动化设备金属零件检测分析需求，为此提出基于PLC控制系统的电气自动化设备金属零件检测分析[2]。PLC控制系统具备编程简单、通用性强、稳定性高、结构简单等优势，同时具备对信号数据的实时采集、图像显示以及智能化数据信息处理等功能，在各个领域中常被用于对现场设备、系统的监控，此次将其引用到电气自动化设备金属零件检测分析中，形成一种新的分析方法，保障电气自动化设备稳定运行。

1 基于PLC控制系统的电气自动化设备金属零件检测分析方法

1.1 电气自动化设备金属零件信息采集

电气自动化设备金属零件信息采集是对其检测分析的基础工作，PLC控制系统的监控程序中具备的诊断功能，利用这一功能对电气自动化设备金属零件信息进行实时的采集，以及时找出金属零件缺陷点位置，从而快速更换零件恢复电气自动化设备的正常运行。

电气自动化设备完成一套生产任务需要一定的时间，正常情况下电气自动化设备生产周期时间是不会发生变化的，如果没有在特定的时间内完成生产任务，说明电气自动化设备金属零件可能出现缺陷，因此选择其运行时间参数作为检测分析金属部件缺陷的信息之一[3]。当电气自动化设备开始运行时，利用PLC控制系统同时启动一个定时装置，设置定时装置比正常电气自动化设备生产所需时间长0.2%～0.5%，将定时器发出的输出信号作为金属部件缺陷检测的报警、显示及自动停机装置的输入信号。当电气自动化设备的某项生产步骤超出了规定范围，定时器装置的预设时间还未达到时，定时器将发出故障信号[4]。通过该信号可暂停正在运行过程中的工作循环程序，并同时启动PLC控制系统的执行报警和显示程序。其次，在电气自动化设备正常运行的情况下，设备金属部件的各项输入、输出信号都存在着相互的逻辑关系。因此当电气自动化设备金属部件出现问题时，设备原有的正常逻辑关系会受到破坏，进而产生异常逻辑关系，所以将金属部件逻辑错误作为PLC控制系统采集信息之一。将可能出现逻辑错误的程序添加到PLC控制系统用户程序当中，当逻辑关系正常时，PLC控制系统实现运行状态显示为“1”，当错误的逻辑关系出现，PLC控制系统实现运行状态显示为“-1”，此时PLC控制系统对错误逻辑进行记录，并保存到系统数据库中，以此实现对电气自动化设备金属零件信息采集。

1.2 电气自动化设备金属零件故障信息层次划分

PLC控制系统采集到金属零件信息后，通过对其数据库信息调用，实现对电气自动化设备金属零件故障信息层次划分。在PLC控制系统中设置一个数据区域，用于对电气自动化设备金属零件缺陷状态存储。

根据设备金属零件缺陷的主要表现，PLC控制系统对金属零件缺陷信息的层次划分为三个等级：第一等级为金属部件失效、第二等级为金属部件老化、第三等级为金属部件不完整，其中包括出现裂纹、砂眼、空洞等。

第一等级金属零件故障必定会导致电气自动化设备停产，其原因是第二等级与第三等级故障导致的，因此假设在电气自动化设备在运行过程中，金属部件存在第一等级故障，在PLC控制系统中用以下公式描述：

公式（1）中，p为电气自动化设备金属部件第一等级故障；m1,m2,…,mk为引发第一等级故障的第二等级故障；v1,v2,…,vk为引发金属零件出现第二等级故障的第三等级故障；k表示为电气自动化设备中所有金属部件数量[5]。根据以上公式建立电气自动化设备金属零件故障函数，在PLC控制系统中表示如下：

公式（2）中，f (p)表示为第一等级故障函数；α为PLC控制系统采集到的逻辑关系，-1或者1；V表示PLC控制系统采集到的电气自动化设备运行周期时间。通过上述公式计算可判断电气自动化设备金属零件出现的故障等级。

1.3 实现电气自动化设备金属零件故障检测分析

实现电气自动化设备金属零件故障等级划分后，PLC控制系统对其进行具体分析，其过程如下：将PLC控制系统的计算机接口状态值读取到程序当中，对不同的故障类型设置对应的编号，将金属零件失效编号为&1；金属零件老化编号为&2；金属零件出现裂纹编号为&3；金属部件内部有砂眼编号为&4；金属零件出现空洞编号为&5，依次类推[6]。这种映射关系与PLC控制系统终端的刷新时间可通过人为进行设置，根据需要设定刷新时间为30s，将电气自动化设备金属零件故障信号映射到各个连续的分区当中，再对计算机接口中的数值一次性读取，得到公式（2）的故障函数，若函数计算结果为1，则将金属零件序号取出，并与对应故障编号对比，并将检测分析结果通过在显示屏显示，并在电气自动化设备各个金属部件周围安装红色二极管，利用红色二极管显示出对应的编号，当分拣系统出现故障问题时，开关闭合，二极管开始发光，并对故障问题报警。然后根据显示信息及时更换出现故障的金属零件，保证电气自动化设备正常运行，进而实现基于PLC控制系统的电气自动化设备金属零件检测分析。

2 实验

2.1 实验设计

实验选取十个不同型号、不同种类的电气自动化设备作为实验对象，设备金属零件数量以此为15个、32个、35个、38个、40个、43个、46个、52个、56个、65个，设备当中均存在不同程度、不同数量的故障金属零件。实验中应用到的PLC控制系统通用网关接口采用CGI，数据库采用ODBC数据库，采用GHJF PowerEdge G220服务器，Windows8操作系统，PLC控制系统的检测周期为25s。运用此次设计方法与传统方法对电气自动化设备金属零件进行检测分析，实验过程中所有的数据、代码源以及运行结果都托管在软件KUBN上，对两种方法进行对比实验。

2.2 实验结果分析

实验将设计方法用方法1表示，将传统方法用方法2表示，实验结果如下表所示。

表1 两种方法查全率对比

从上表可以看出，此次设计方法对于电气自动化设备金属零件故障的查全率远远高于传统方法，并且在误差与检测时间方面也优于传统方法，实验证明了此次设计方法能够满足电气自动化设备金属零件检测分析精度需求。

3 结束语

此次对基于PLC控制系统的电气自动化设备金属零件检测分析进行了研究，在一定程度上保证了电气自动化设备安全运行，提高了电气自动化设备金属部件检测分析精度和效率，并且对PLC控制系统在电气自动化设备检测方面的应用具有一定的推广作用和促进作用，也对电气自动化设备金属部件检测分析研究具有良好的借鉴意义。由于此次研究时间有限，个人能力有所欠缺，虽然在该方面取得了一定的研究成果，但在研究内容上还存在一些不足之处，今后仍会对该课题进行进一步研究。