朱春峰

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

隨著岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)電控系統(tǒng)中的輸入輸出點數不斷增多，對于電控系統(tǒng)中PLC的要求也越來越高。但在采用富士電控系統(tǒng)的設備中，常用的通訊總線的輸入輸出點數有一定的限制，無法繼續(xù)使用以往傳統(tǒng)的設計方案，需要解決輸入輸出點數限制的問題。

2 富士電控系統(tǒng)組成

富士電控系統(tǒng)主要由PLC、驅動器、電機以及低壓元器件等組成[1]。PLC采用的是MICREX-SX系列，通訊協議是富士電控系統(tǒng)專用的SX總線；驅動器配備高性能矢量控制型變頻器FRNNIC-VG系列，通過SX總線和PLC建立通訊；電機接入變頻器，由PLC通過SX總線控制變頻器，最終由變頻器輸出以控制電機；其他低壓元器件、輔助設備等通過各種輸入輸出模塊，通訊模塊等和PLC連接[2]。目前，富士電控系統(tǒng)在岸橋上的配置中使用SX總線通訊協議，部分不支持SX總線通訊協議的輔助設備及子系統(tǒng)等則需通過其他通訊協議和富士PLC進行通訊，如Profibus-DP，T-link，RS485等[3]。

岸橋上的富士電控系統(tǒng)一般在電氣房內的各個柜體內安裝PLC模塊、整流單元、逆變單元，同時在司機室、俯仰室等的柜體內也需要安裝PLC模塊。所有需要PLC模塊的柜體內都需要安裝基板，基板的最左側是2個SX總線通訊口，用于各個站點之間的通訊，每個基板都需配置1塊電源模塊，在其后方才能再安裝其他模塊。基板共有5種型號可供選擇，除去電源模塊后可以分別安裝1、4、6、9、11塊其他模塊[4]。

每個SX總線通訊系統(tǒng)中必須至少有1塊CPU模塊，一般安裝于電氣房PLC柜內的基板上，這個基板被稱之為主站，其余的則被稱為從站或者遠程站[5]。CPU后面一般都會配置以太網通訊模塊，用于和工控機、CCTV系統(tǒng)等通訊，而且PLC的編程軟件也可以通過以太網連接并進行監(jiān)控；有一些需要DP通訊的設備或子系統(tǒng)則需要另外配置DP通訊模塊，數量視實際情況而定，一般不超過3塊；光纜通訊模塊也可以安裝于主站基板上，用于和俯仰室、司機室等距離較遠的遠程站建立通訊，數量一般不超過5塊。

電氣房PLC柜內一般還會有一塊基板用于安裝一些必要的輸入輸出模塊，用于和其他從站如低壓控制柜、輔助控制柜、起升控制柜、小車控制柜、俯仰控制柜和大車控制柜內各基板連接。整流單元以及逆變單元需要配置具備SX總線功能的通訊卡，此通訊卡上同樣有2個SX總線通訊口，和之前的總線系統(tǒng)連接在一起，最終組成電氣房內的一個回路。

通常情況下，岸橋配置大約20個PLC站，3個整流單元，3個逆變單元，占據了大部分的輸入輸出點數，而通過其他通訊協議連接的設備及子系統(tǒng)等也需要占用一定數量的輸入輸出點數，如Profibus-DP通訊協議、T-link通訊協議等。SX總線系統(tǒng)對于一條總線回路中的輸入輸出點數有一定的限制，對于遠程控制岸橋以及自動化岸橋來說，子系統(tǒng)以及其他輔助設備也會越來越多，所需的輸入輸出點數也會越來越多，達到甚至超出目前CPU模塊的輸入輸出點數的極限，因此須找到可行且經濟的升級方案。

3 系統(tǒng)的升級方案及分析

SX總線系統(tǒng)的輸入輸出點數可能無法應對岸橋的發(fā)展，必須有升級方案去解決這一問題，從現有的富士產品來看，主要有以下3種升級方案。

3.1 通過CPU的輸入輸出點數擴展功能實現擴展

首先使用具有輸入輸出點數擴展功能的CPU模塊。相關的T-Link通訊主模塊和Profibus-DP通訊主模塊應具備輸入輸出擴展功能，并配套有T-Link通訊子模塊或接口模塊以及Profibus-DP通訊子模塊或接口模塊。

在進行系統(tǒng)配置時，將主模塊配置成為輸入輸出點數擴展功能。此時，當有多個T-Link通訊主模塊或者Profibus-DP通訊主模塊時，只有輸入輸出點數最多的那個主模塊的點數才會占用整個系統(tǒng)總線的輸入輸出點數，主模塊的數量最多可以為8塊，即輸入輸出點數最多可擴展至原來的8倍(具體視實際情況而定)。

如果選用的是通訊子模塊，回路中應增加1塊CPU模塊。此時，可選擇1塊CPU模塊與整流單元、逆變單元以及主要功能等通訊，另1塊CPU模塊連接各子系統(tǒng)、保護限位和輔助功能等。2塊CPU模塊分別獨立運行并控制各自連接的設備，再進行主從通訊。主要的邏輯控制、各種連鎖保護等需在主CPU模塊中，而且兩者之間的通訊點數需要避免過多。但這個方案有個弊端，即2塊CPU模塊必須有各自獨立的程序，這會給調試以及后續(xù)的維修保養(yǎng)帶來一些不便利。

如果選用的是通訊接口模塊，則各個通訊接口模塊的回路中只能有一些基本的輸入輸出模塊，無法接入其他類型的模塊，如以太網、串口通訊模塊等。因此，子系統(tǒng)必須接入至主回路中，所有接口模塊一般會用到一些只有輸入輸出點數的地方，如俯仰室內的PLC站、各個操作站的PLC站等，而絕大多數的輸入輸出點數還是在主回路中，因此，這個方案能夠擴展的輸入輸出點數比較有限。

需要特別注意的的是：在使用輸入輸出點數擴展功能時，系統(tǒng)響應時間可能會和通訊主模塊連接臺數成正比地延長，從而影響控制效率。

3.2 通過系統(tǒng)總線的升級實現擴展

富士MICREX-SX系列有一種新的系統(tǒng)總線，即E-SX總線，直連輸入輸出點數是SX總線的8倍，更新性能相比SX總線提高到16倍，傳輸速度是SX總線的4倍，通訊線路距離更長，總長度是SX總線的40倍，且斷線還能繼續(xù)運行，能夠應對更加復雜、大規(guī)模的設備。

有E-SX總線功能的CPU模塊分別有以太網通訊接口和2組E-SX總線通訊接口。以太網通訊接口一般用于和PC連接，用于編程以及監(jiān)控使用。但可以通過E-SX總線直接通訊的產品比較少，主要原因為：沒有基板、輸入輸出模塊和通訊模塊等；CPU模塊須安裝于SX總線的基板上，造成E-SX總線無法完全獨立使用。CPU模塊可以連接輸入輸出單元、高速計數單元、集中式接口模塊、電源輔助單元、整流單元和逆變單元?；迳系腟X總線通訊接口可以和其他SX總線的基板或者其他具有SX總線通訊功能的產品連接。

3.2.1 數字輸入輸出單元

E-SX總線的數字輸入輸出單元只有各1款，點數是32點，電壓等級只能是24 VDC，安裝尺寸基本是13槽基板的一半，而13槽的底板一般可以安裝11塊16點數或者32點數的輸入輸出模塊(由于接線便利性及柜體空間原因，一般岸橋上不使用32點數的輸入輸出模塊)，因為使用輸入輸出單元則需要至少原來3倍左右的空間。如果岸橋使用交流控制電用于輸入輸出模塊，雖然沒有直接對應的適配產品，但仍可繼續(xù)使用輸入輸出單元，通過繼電器進行轉換后再接入輸入輸出單元，此時將會增加成本和空間。

3.2.2 模擬輸入輸出單元

與數字輸入輸出單元一樣，模擬輸入輸出單元也只有各1款，且都是只有2個通道，一般岸橋上需要至少各9個通道的模擬輸入和模擬輸出，模擬輸入輸出單元各需要5個，其中1個單元的安裝空間是SX總線中使用的模擬輸入輸出模塊的5倍左右，因此需要原來50倍左右的安裝空間。

3.2.3 高速計數單元

岸橋的小車驅動形式一般可以分為牽引式和自行式，通常只有小車驅動形式為自行式的岸橋的小車電機編碼器需要使用高速計數功能，用于小車行走位置的精準計算。1個高速計數單元的安裝尺寸是SX總線中的高速計數模塊的4倍左右，即需要增加4倍的安裝空間。

3.2.4 集中式接口模塊

此模塊需安裝在SX總線的基板上，可以將本模塊管理的SX總線連接設備作為E-SX總線上的模塊使用。最多可以使用8臺，而每臺點數最多是8 192點。此模塊可以管理SX總線的輸入輸出模塊、富士生產的故障觸摸屏、整流單元和逆變單元等，但不能管理CPU、通訊模塊以及遠程輸入輸出模塊。

3.2.5 電源輔助單元

電源輔助單元是一種輔助設備，為E-SX總線電纜供應24VDC的另設單元，從CPU模塊的E-SX總線連接器上連接5臺以上E-SX總線對應單元時使用，在電源輔助單元后面可以連接最多10臺單元。因此，CPU模塊上的E-SX總線單個通訊口最多直連不超過5臺設備，超出時必須配置電源輔助單元，否則在系統(tǒng)配置時會失敗。

3.2.6 整流單元和逆變單元

整流單元和逆變單元都有對應的E-SX總線通訊卡，有2種模式可以選擇，區(qū)別在于各自通訊字數：8個字輸入+8個字輸出；16個字輸入+16個字輸出。使用方式可以參考SX總線。

綜上所述，E-SX總線基本可以獨立使用，即整個總線系統(tǒng)中只用1塊基板，只安裝CPU模塊和一些E-SX總線不支持的模塊，其余則可用E-SX總線直連，但安裝空間會超過單獨使用SX總線時的安裝空間。為了解決安裝空間問題，可以使用集中式接口模塊，除了CPU模塊所在的主站以外的其他從站或者遠程站都安裝1塊集中式接口模塊，結合電源輔助單元就能實現E-SX總線通訊。

3.3 通過2種系統(tǒng)總線結合實現擴展

將原來SX總線使用的CPU模塊更換成具有E-SX總線通訊協議的CPU模塊，整流單元和逆變單元的通訊卡用E-SX總線通訊卡來代替原來的SX總線通訊卡，同時考慮到整流單元和逆變單元的總臺數會超過5臺，而E-SX總線CPU一般都有2組通訊口，分別為輸入口1、2和輸出口1、2，一般岸橋上整流單元和逆變單元各自都不超過4臺，將整流單元連接至E-SX總線的輸入口1，逆變單元連接至E-SX總線的輸出口1，則可以不使用電源輔助單元。當需要兼容更多臺數時，可以分別在E-SX總線的輸入口2和輸出口2上連接，或者增加1塊或者更多的集中式接口模塊，分擔一些輸入輸出點數。

4 結語

使用富士電控的E-SX總線，可解決原SX總線對于輸入輸出點數的限制問題，為遠程岸橋、自動化岸橋、未來更高性能的岸橋使用富士電控奠定基礎。