唐顯聰

（杭州易特易機電工程有限公司，浙江杭州310030）

0 引言

隨著PLC控制及變頻器調速普及，橋機PLC控制+變頻器調速電控系統(tǒng)也日益成熟。PLC具有控制優(yōu)點，能實現(xiàn)產品的低成本、高品質，有利于適應行業(yè)競爭。本文以武漢鍋爐核工廠房總裝車間200 t橋機電控系統(tǒng)為例，著重介紹運用西門子S7-200通信功能實現(xiàn)橋機低成本分布式I/O，以減少連接電纜數(shù)量，實現(xiàn)集散控制，提高控制性能。

1 系統(tǒng)簡介

本橋式起重機主要用于武漢鍋爐核工專用廠房總裝車間總裝后的設備發(fā)運吊裝。本橋機的電源由H型安全滑觸線提供，控制方式為PLC控制，操作方式為司機室+無線遙控；并在司機室設有重量顯示器，同時設置綜合狀態(tài)及故障觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)。

2 控制網(wǎng)絡系統(tǒng)描述

本橋機電控系統(tǒng)在司機室聯(lián)動臺內設置一個主站（CPU224XP帶兩個自由口），網(wǎng)絡節(jié)點為2和3；以一臺觸摸屏（GP2500）作為上位機，節(jié)點號為0；運行柜和小車遠程柜各設置一個從站（CPU224），網(wǎng)絡節(jié)點號分別為4和5；編程通信電纜節(jié)點號為6，選擇多主站通信模式。系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡控制拓撲圖

主站PLC輸入信號主要為整機的系統(tǒng)控制及各機構的主令信號。輸出信號則是起升和運行機構的運行狀態(tài)正常顯示及各分站與主站的通信狀態(tài)反饋指示信號。主站PLC對每個從站開辟過程數(shù)據(jù)輸入輸出緩存映像區(qū)，以便通過網(wǎng)絡讀寫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。主站通過PORT 0與各從站CPU的PORT 0進行通信交換數(shù)據(jù)，并通過PORT 1與上位機觸摸屏進行通信，觸摸屏顯示本站和其他從站的I/Q運行信息狀態(tài)及各機構的故障狀態(tài)。

運行柜分站PLC輸入信號包括系統(tǒng)保護（門限位、溫濕儀控制等），大小車運行保護信號（減速、行程限位、熱過載保護等），各機構變頻器、接觸器、斷路器正常工作反饋信號及遙控器的控制信號等。輸出信號主要是響應主站發(fā)出的各機構變頻器檔位輸出、相關接觸器動作、變頻器故障復位等命令。

小車遠程柜PLC輸入主要包括起升機構的限位保護（減速、行程限位、超速等），起升機構及小車運行的制動器、風機等被控設備的接觸器、斷路器等反饋信號。輸出主要響應主站發(fā)出的起升機構和小車運行制動器、風機等被控設備的動作命令。

3 系統(tǒng)配置組態(tài)

打開西門子S7-200 PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP，建立各站程序模塊后，依次做以下工作：

3.1 通信端口組態(tài)

對各個站系統(tǒng)模塊設置節(jié)點號、通信波特率等參數(shù)，系統(tǒng)端口配置表如表1所示。

表1 系統(tǒng)端口配置表

3.2 網(wǎng)絡讀寫功能

接著通過工具欄中指令向導選中NETR/NETW指令，然后開始配置網(wǎng)絡讀寫功能，開辟主站、從站交換數(shù)據(jù)的映像區(qū)，如表2所示。

表2 網(wǎng)絡讀寫功能配置表

3.3 PLC編程

通過PLC編程實現(xiàn)對橋機的控制數(shù)據(jù)交換是通過MOVE指令將V區(qū)（緩存區(qū)）數(shù)據(jù)狀態(tài)傳給Q區(qū)或將I區(qū)數(shù)據(jù)傳給V區(qū)，當然也包括一些M區(qū)中間變量的交換。

從站響應主站命令是通過MOVE指令編程實現(xiàn)的，即將映像區(qū)的數(shù)據(jù)直接MOVE到執(zhí)行輸出Q區(qū)，如果發(fā)生通信中斷，Q區(qū)的數(shù)據(jù)將保持上個掃描周期獲得的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這樣就有可能出現(xiàn)不可控的危險，輸入數(shù)據(jù)交換也存在這樣的情況。為防止由于前述原因發(fā)生安全事故，在軟件編程中實現(xiàn)了安全保護功能：通過讓每個CPU發(fā)出交變的脈沖信號并互相檢測，判斷每個CPU的工作狀態(tài)，如果發(fā)生某個CPU故障或通信故障，則會在規(guī)定的時間里檢測不到此交變脈沖信號的變化，便執(zhí)行緩存區(qū)清零指令，以確保設備的安全運行。

3.4 對上位機觸摸屏編程設置監(jiān)控畫面

完成了各站的程序編寫，將所有的輸入輸出點整理歸類，將數(shù)據(jù)存入觸摸屏緩存區(qū)，通過主站CPU PORT1端口與其交換。打開人機界面組態(tài)軟件ProPBWin C-Package03，結合現(xiàn)場實際，設計合理的、人性化的上位機畫面。

4 本系統(tǒng)的特點

4.1 性價比高

一般高端用戶對于控制系統(tǒng)的通信模式會想到采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線方式，這樣一般就會用S7-300帶DP通信功能的CPU，且從站還需通信連接模塊，如單單運行于變頻橋機簡單的數(shù)字邏輯給定，這樣性價比就差了很多。然而們利用S7-200 NETR/NETW通信功能實現(xiàn)分布式I/O控制，既保證了產品的高品質，又具備較高的性價比。

4.2 硬件擴展性好

由于遙控器操作方式的增加，遙控器的許多信號控制點是分散的，傳統(tǒng)做法是設置一個遙控器柜，將輸出信號通過轉接的方式傳輸給被控單元，這樣如果沒有相應的保護，這些輸出信號有可能在轉接的過程中導致短路、斷路或接地等故障，最終可能損壞遙控接收器。本控制系統(tǒng)可以讓遙控輸出信號就地連接在PLC輸入模塊里，減少轉接線，減少故障點。同樣，如果要在小車上增加起升機構減速箱油泵的控制，只需將油泵的斷路器和接觸器放在遠程柜內，接上動力控制線即可，不用從起升柜拉線經(jīng)過掛纜再到油泵。由此可見，此系統(tǒng)有較好的硬件擴展性。

5 結語

采用NETR/NETW通信方式來就地采集許多信號，并就地執(zhí)行需遠程邏輯條件控制的命令，方便了上位機的監(jiān)控，減少了現(xiàn)場接線，節(jié)約了線纜成本，減少了故障點。在編程控制中設置通信保護程序，使得整機安全可靠，使整機的無故障運行得到了可靠的保障，大大了減少檢修、維護的工作量，且提高了整機的品質，真正實現(xiàn)了低成本、高品質的控制理念。

[1]西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z].

[2]殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]西門子（中國）有限公司自動化驅動集團.深入淺出西門子S7-200 PLC[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.