俞亞珍
(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系,江蘇 常州 213164)
根據(jù)長期對工礦內(nèi)燃機(jī)車的研制開發(fā)經(jīng)驗,PLC(可編程控制器)已經(jīng)成了機(jī)車電氣控制的核心。而用戶為了兼顧其他設(shè)備上使用可編程控制器的況,指定選用西門子公司的S7-300 PLC,參考S7-300 系列PLC 的工作原理、功能、價格以及電氣部分的接口條件后,確定選用西門子公司的S7-312C 緊湊型可編程控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)車控制的各項功能,再輔以Easy View 的人機(jī)界面作為顯示終端。
S7-312C 緊湊型可編程控制器,作為西門子新一代產(chǎn)品具有以下特點(diǎn):
1)功能強(qiáng):很強(qiáng)的計算性能,完善的指令集。
2)快速:指令處理極其快速,功能強(qiáng)大的CPU 只需0.3 ms 就可處理1 024 個二進(jìn)制語句,在面向文字處理方面也同樣表現(xiàn)出色。
3)全集成:全部模塊化,通訊功能和分布式I/O 全部集成,各模塊能以各種不同方式組合在一起,所以可將控制系統(tǒng)設(shè)計成完全符合應(yīng)用的需要。
系統(tǒng)配置如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
S7-312C 為本系統(tǒng)主控制單元,它承擔(dān)數(shù)據(jù)采樣(柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)車速度、溫度、壓力等數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)處理、報警、趨勢、數(shù)據(jù)記錄等工作。司機(jī)通過操作終端可以了解機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)。
外圍單元包括數(shù)字輸入輸出模塊SM321,SM322,SM323 各一塊、8 路模擬量輸入模塊SM331 一塊、一軸定位模塊FM353 一塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器Q3FY44 一塊、溫度變送器NCT1 四只、壓力變送器NCP1A 三只以及一些按鈕、開關(guān)、繼電器、電磁閥等。
I/O 信號統(tǒng)計如表1。
表1 信號統(tǒng)計表
a)控制柴油機(jī)的啟動和停止。
b)數(shù)據(jù)采樣功能:由SM331 模擬量輸入模塊采樣溫度和壓力信號,通過集成在S7-312C 上的兩路高速計數(shù)器分別采樣柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)車速度信號,經(jīng)過程序換算成柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值和機(jī)車速度值,并且累計機(jī)車運(yùn)行里程和柴油機(jī)工作時間。
c)報警功能:當(dāng)某一模擬量(如:溫度、壓力)測量值超出給定范圍或某一開關(guān)量(如:低水位開關(guān))發(fā)生位變時,根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報警,如人機(jī)界面顯示報警信息、聲光報警、機(jī)車卸載等。
d)顯示功能:在人機(jī)界面屏面上實(shí)時顯示機(jī)車的各種運(yùn)行參數(shù)(如柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)車速度、柴油機(jī)油溫、油壓、液力變扭箱油壓、油溫等),通過選擇觸摸鍵還可以獲得有關(guān)操作機(jī)車的幫助信息。
e)安全功能:按不同的操作級別分級加密,可以實(shí)時修改參數(shù)(如報警范圍、柴油機(jī)啟動時限等)。
f)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的無級調(diào)速:通過控制FM353 一軸定位模塊產(chǎn)生脈沖經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元分頻后控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)柴油機(jī)的油門,對柴油機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
機(jī)車電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu),這充分利用了STEP7 編程軟件的特點(diǎn)。功能模塊主要分為:柴油機(jī)起動子程序模塊、數(shù)據(jù)顯示子程序模塊、柴油機(jī)調(diào)速子程序模塊、手動/自動控制子程序模塊、報警子程序模塊等.
控制柴油機(jī)的啟動,按下啟動按鈕,A 則首先機(jī)油預(yù)供油泵開始工作,待機(jī)油壓力達(dá)到0.1 MPa 時,機(jī)油預(yù)供油泵停止工作,啟動電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)帶動柴油機(jī)啟動,B 待柴油機(jī)啟動完成正常運(yùn)行后,運(yùn)轉(zhuǎn)繼電器將柴油機(jī)啟動回路切斷,也可以防止柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時的二次啟動,并用程序控制柴油機(jī)一次啟動時間不超過8 s,控制流程如圖2 所示。
依此采樣模擬量輸入通道的4~20 mA 信號,通過比例關(guān)系運(yùn)算后轉(zhuǎn)化成直接顯示的溫度值和壓力值。
圖2 柴油機(jī)超動控制流程圖
通過調(diào)用FM353 定位模塊的專用指令實(shí)現(xiàn)脈沖的輸出,控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的無級調(diào)速,用上、下限開關(guān)保證柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速在900~1 500 r/min 之間。
采樣值和預(yù)先設(shè)定值比較后,產(chǎn)生報警信號,驅(qū)動聲光報警電路及故障保護(hù)執(zhí)行元件進(jìn)行卸載或停機(jī)。
在自動控制方式下,通過柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值和機(jī)車速度值的比值計算,當(dāng)這一比值達(dá)到某一設(shè)定值時,機(jī)車就自動進(jìn)行換檔。在手動控制方式下,由機(jī)車司機(jī)使用操作臺上的轉(zhuǎn)換開關(guān),實(shí)現(xiàn)機(jī)車的檔位控制。控制流程如圖3 所示。
圖3 手動/自動控制流程圖
采用EASY VIEW MT506LV4 人機(jī)界面,安裝在機(jī)車的操縱臺上,通過通訊電纜與S7-312C 連接,實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的交換。畫面采用EasyBuilder500 制作軟件,人機(jī)界面上顯示內(nèi)容以及操作方式為:
1)共同畫面
每個畫面內(nèi)有一個共同畫面,顯示當(dāng)時的時間、日期。每個畫面在PLC 檢測出故障時,有滾動字符顯示。
2)集中畫面
比較集中的畫面為2 個,可以看到PLC 檢測的所有參數(shù),即柴油機(jī)水溫、油壓、傳動箱油溫、油壓、機(jī)車?yán)锍?、柴油機(jī)工作時間等。顯示如圖4 所示。
圖4 顯示示意圖
3)故障畫面
故障畫面顯示故障的后果和處理方法。機(jī)車一旦有故障發(fā)生,滾動文字出現(xiàn),直接顯示故障,比指示燈更明確。司機(jī)可以按照畫面的提醒處理故障。
4)畫面保護(hù)
使用安全功能(畫面保護(hù)功能)對所要顯示的畫面進(jìn)行保密,具體進(jìn)入畫面的方法為選擇EASY VIEW MT506LV4 快捷鍵,手指觸摸“密碼輸入”,出現(xiàn)輸入密碼窗口,只要輸入正確的密碼就可使用EASY VIEW MT506LV4 人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)定功能了。
此工礦內(nèi)燃機(jī)車已于交用戶投入正常使用,運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,經(jīng)過一段時間運(yùn)行,沒出現(xiàn)故障,西門子S7-312C PLC 在JMY800 型液力傳動工礦內(nèi)燃機(jī)車上的應(yīng)用是非常成功的,同時人機(jī)界面方便了操作和數(shù)據(jù)更改,控制更為靈便。
[1]廖常初.S7-300/400PLC 應(yīng)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.
[2]西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán).SIM 程序控制器系統(tǒng)手冊[M].2004.
[3]張曉東,李秀娟,魯可.基于西門子PLC 的空分透平壓縮機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2013,4:156-158.
[4]王新環(huán),周飛,張宏偉.選煤廠取料機(jī)料耙液壓泵站控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化,2013,9:108-111.