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1 引言
環(huán)境與發(fā)展是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是關(guān)系我國(guó)經(jīng)濟(jì)能否持續(xù)發(fā)展、人民生活質(zhì)量能否提高、子孫后代能否有生存繁衍的良好條件的大問(wèn)題。而正確的處理好工業(yè)污染，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展則是當(dāng)前我國(guó)環(huán)保工作的重點(diǎn)和亟待解決的問(wèn)題。因此，要把工業(yè)和自然的關(guān)系看作生態(tài)關(guān)系，在技術(shù)上強(qiáng)化企業(yè)與自然的和諧、持續(xù)關(guān)系，促進(jìn)工業(yè)與自然兼容。
在武漢鋼鐵公司某礦石采集輕燒生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地要產(chǎn)生大量的粉塵，它不但造成嚴(yán)重的空氣污染，而且對(duì)在這種惡劣環(huán)境下作業(yè)的生產(chǎn)人員造成嚴(yán)重的身體傷害。從而產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，不符合當(dāng)前大力提倡的環(huán)保觀念。
為減少礦石粉塵在大氣中的排放量，改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，在生產(chǎn)過(guò)程中，須安裝除塵裝置，但目前應(yīng)用最多的除塵設(shè)備的除塵工作時(shí)間參數(shù)可調(diào)范圍小，除塵效果已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需要，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。為了解決這問(wèn)題，根據(jù)該礦的實(shí)際情況，把外部定時(shí)器引入到除塵控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，所有時(shí)間參數(shù)均可外部設(shè)定。
2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
圖1 系統(tǒng)原理
該礦在引進(jìn)工業(yè)除塵設(shè)備過(guò)程時(shí)，為了減少投資，在PLC的使用中采取分時(shí)復(fù)用技術(shù)以減少I(mǎi)O點(diǎn)。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
設(shè)備中共有三個(gè)箱體，各分別有10個(gè)清灰脈沖閥。如果不采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，則總共需要（3×10）個(gè)I/O點(diǎn)，使用該技術(shù)后只需要（3＋10）個(gè) I/O點(diǎn)。其中3個(gè)點(diǎn)用于識(shí)別箱體，10個(gè)點(diǎn)用于依次給每個(gè)箱體中的十個(gè)脈沖閥發(fā)送清灰指令。
同時(shí)，為了使除塵設(shè)備的工作適合實(shí)際情況，從而提高使用效率，脈沖間隔（即每?jī)蓚€(gè)清灰閥的工作間隔）和清灰間隔（即三個(gè)箱體工作一輪后的休息時(shí)間）都是可以由操作人員根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行外部設(shè)定的，即系統(tǒng)的工作時(shí)間是由外部定時(shí)器參與確定的。
當(dāng)三個(gè)箱體依次工作一次，并經(jīng)過(guò)清灰間隔，就算系統(tǒng)工作了一個(gè)周期。
以一次循環(huán)為例，系統(tǒng)的流程圖如圖2所示。
圖2 除塵流程圖
3 問(wèn)題提出
從流程圖顯示的邏輯關(guān)系來(lái)看，要用程序?qū)崿F(xiàn)并不困難。但是，由于采用了外部定時(shí)器，系統(tǒng)的工作不完全取決于PLC，一定程度上還與外部定時(shí)器的返回信號(hào)有關(guān)，因?yàn)樗鼘Ⅱ?qū)動(dòng)程序向下一步運(yùn)行，這就使得在對(duì)外部定時(shí)器信號(hào)和內(nèi)部定時(shí)器信號(hào)轉(zhuǎn)換的處理上，存在一定的困難。其實(shí)，也就是時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
具體的區(qū)分，主要有三個(gè)方面：
(1) 閥間轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)
系統(tǒng)中共有十個(gè)脈沖電磁閥，它們的工作順序是按編號(hào)依次進(jìn)行的，即1＃閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作完后，2＃閥動(dòng)，然后依次執(zhí)行下去。但是由于時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，出現(xiàn)了以下現(xiàn)象：當(dāng)一號(hào)箱的1＃閥工作完成后，2＃～9＃閥并沒(méi)有依次地按順序執(zhí)行動(dòng)作，而是有的閥會(huì)重復(fù)幾次動(dòng)作。
(2) 箱間轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)
系統(tǒng)中共有三個(gè)箱體，它們也是按編號(hào)依次轉(zhuǎn)換工作的。但實(shí)際現(xiàn)象如下：當(dāng)二號(hào)箱工作完成后，并沒(méi)有切換到三號(hào)箱，而是停留在二號(hào)箱的各閥間繼續(xù)動(dòng)作或者兩個(gè)箱體一起動(dòng)作的情況。
(3) 周期轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)
三個(gè)箱體依次工作完一次，再加上一個(gè)間隔周期，就叫做一個(gè)工作周期。所以一個(gè)周期后，一號(hào)箱重新工作。但實(shí)際現(xiàn)象如下：第一個(gè)周期順利地執(zhí)行完畢，但是沒(méi)能重新回一號(hào)箱，而是繼續(xù)停在三號(hào)箱動(dòng)作。
4 解決措施
經(jīng)過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行故障主要發(fā)生在由外部定時(shí)器返回信號(hào)的過(guò)程中，所以解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何正確處理外部定時(shí)器的返回信號(hào)。從這一思路出發(fā)，筆者對(duì)程序進(jìn)行了改進(jìn)。
以下，把控制閥間轉(zhuǎn)換（即控制脈沖間隔）的外部定時(shí)器稱(chēng)為OutTimer1，簡(jiǎn)稱(chēng)OT1；對(duì)應(yīng)的，把控制周期間隔的外部定時(shí)器稱(chēng)為OutTimer2，簡(jiǎn)稱(chēng)OT2。
4.1 閥間轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)解決方法
如果閥的依次轉(zhuǎn)換是由PLC的內(nèi)部定時(shí)器設(shè)定，就是一種常見(jiàn)的情況，就會(huì)比較簡(jiǎn)單，只要按照?qǐng)?zhí)行的順序加上"單方面"的互鎖（即下一級(jí)只被它的上級(jí)鎖住，依次鎖下去）就可以了。
但是用這種思路來(lái)設(shè)計(jì)利用外部定時(shí)器的系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
通過(guò)比較兩種不同情況，得出原因是：前一種情況中，當(dāng)上一級(jí)的定時(shí)器動(dòng)作后，下一級(jí)的繼電器會(huì)被接通，脈沖是依次傳遞的，是由不同的地址依次傳輸?shù)模缓笠环N情況中，只為外部定時(shí)器的返回信號(hào)設(shè)定了一個(gè)地址，上一級(jí)繼電器動(dòng)作后，OT1得到信號(hào)并工作，此后由OT1返回的信號(hào)是由同一個(gè)地址反復(fù)輸入PLC的，這就會(huì)使只要能接受此地址信息的繼電器反復(fù)接通，產(chǎn)生混亂。
圖3 閥間轉(zhuǎn)換程序
由此，筆者改進(jìn)了程序，把已經(jīng)接受過(guò)一次OT1返回信號(hào)的地址利用內(nèi)部定時(shí)器"自鎖定"，而這一系列的"自鎖定"由箱體的選擇信號(hào)控制解除，一旦箱體轉(zhuǎn)換，"自鎖定"將被解除，進(jìn)入下一輪。經(jīng)過(guò)運(yùn)行測(cè)試，達(dá)到了預(yù)定效果。部分梯形圖如圖3所示，00703是OT1返回信號(hào)的地址入口，00602和00603是其中兩個(gè)閥對(duì)應(yīng)的地址，筆者用T002和T004分別對(duì)其進(jìn)行了自鎖定。可以看到，即使是信號(hào)不斷的由00703輸入，用過(guò)的閥也不會(huì)被接通了。
4.2 箱間轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)解決方法
此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)，有著與上一種情況相似的原因-即OT1的返回信號(hào)都是使用同一個(gè)地址傳入PLC的。因此，在同一個(gè)周期內(nèi)工作過(guò)一次的箱體必須被"鎖定"，否則，就會(huì)再次動(dòng)作。
于是，筆者使用了與解決上一個(gè)問(wèn)題類(lèi)似的方法，用內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行"鎖定"，"鎖定"也由箱體的選擇信號(hào)控制。但是，經(jīng)過(guò)運(yùn)行，依然出現(xiàn)箱體重復(fù)動(dòng)作的情況。
經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，筆者發(fā)現(xiàn)，箱間轉(zhuǎn)換和閥間轉(zhuǎn)換雖然都是受OT1返回信號(hào)的控制，并需要進(jìn)行"自鎖定"，但其受控制的方式卻又存在不同：在一個(gè)工作周期內(nèi)，一個(gè)閥所對(duì)應(yīng)的地址被復(fù)用了三次，這與箱體選擇信號(hào)的改變次數(shù)一致，并且也需要在箱體更換時(shí)解除"自鎖定"，所以它們可以統(tǒng)一由箱體的選擇信號(hào)控制；但對(duì)于箱體，一個(gè)周期內(nèi)，一個(gè)箱體只能被選擇一次，在其他箱體工作時(shí)，必須被鎖定，所以如果用箱體選擇信號(hào)來(lái)控制，當(dāng)箱體轉(zhuǎn)換時(shí)，"鎖定"也被解除了，是不行的。
經(jīng)過(guò)分析，筆者改為利用內(nèi)部計(jì)數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令來(lái)"鎖定"和選擇箱體，并利用OT2的輸入信號(hào)（一個(gè)周期結(jié)束時(shí)的信號(hào)）來(lái)為它們清零。由于轉(zhuǎn)換問(wèn)題發(fā)生在二號(hào)和三號(hào)箱體間，就對(duì)二號(hào)箱計(jì)數(shù)一次，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)它工作了一次時(shí)，便跳過(guò)，進(jìn)入三號(hào)箱。梯形圖如圖4所示，00615為選擇二號(hào)箱的地址，二號(hào)箱工作，C000計(jì)數(shù)，一旦計(jì)數(shù)滿一次，程序便進(jìn)入跳轉(zhuǎn)指令，跳到三號(hào)箱體。經(jīng)測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期效果。
圖4 箱間轉(zhuǎn)換程序
4.3 周期轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)解決方法
通過(guò)上面的經(jīng)驗(yàn)，筆者很快發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題的原因在于：程序只對(duì)前兩個(gè)箱體進(jìn)行瑣定，沒(méi)有對(duì)三號(hào)箱體的狀態(tài)進(jìn)行控制。于是，筆者也對(duì)三號(hào)箱體采用了計(jì)數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令，同樣也用OT2返回信號(hào)來(lái)為計(jì)數(shù)器清零。梯形圖如圖5所示，00600為選擇三號(hào)箱的地址，筆者將它和二號(hào)箱的信號(hào)（00615）共同計(jì)數(shù)，作為整個(gè)周期結(jié)束的標(biāo)志。經(jīng)過(guò)測(cè)試，達(dá)到預(yù)期效果。
圖5 周期循環(huán)程序
5 結(jié)語(yǔ)
在PLC系統(tǒng)中利用外部定時(shí)器，使得各種信號(hào)的轉(zhuǎn)換的規(guī)律變得復(fù)雜，增加了編程的難度。但是，這種"內(nèi)外結(jié)合"、"以長(zhǎng)補(bǔ)短"的做法，可以增加系統(tǒng)的靈活性，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)工作和休息時(shí)間以適應(yīng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，從而提高系統(tǒng)的使用效率，提高生產(chǎn)效率。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)