泸州西门子代理商

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PLC控制系统硬件包括机箱和彩色液晶显示器。机箱内装有PLC 主机、数字量模块、模拟量模块和故障切除开关等。PLC 主机用于接收和处理来自司机的操作指令、恒功励磁控制、恒低速控制、机车运行逻辑控制、柴油机控制、辅助系统控制、故障检测、诊断、保护以及相关数据记录、相关参数组织、显示以及参数修改等。数字量模块用于采集司控器、扳键开关和辅助触点等开关量信号，其输出通过隔离放大去控制电空阀、接触器、继电器等。模拟量模块用于采集牵引电机电流、主发电机电压、柴油机水温和油压等模拟量信号。故障切除开关，用于切除柴油机水温高故障、差示压力故障、柴油机油压低故障及列车管风压不足等故障。
彩色液晶显示器采用10.4"触摸屏，进行机车运行状态参数的显示、故障报警信息以及提示信息的显示。
PLC控制系统的功能
PLC 控制系统的功能主要有：
① 司机操作指令的接收和处理；
② 恒功励磁控制；
③ 恒低速控制；
④ 机车运行逻辑控制；
⑤ 辅助系统控制；
⑥ 故障检测、诊断、保护以及相关数据记录；
⑦ 相关参数组织、显示以及参数修改等。|基于PLC的自行起吊小车控制系统设计与实现 |||| 机器视觉| 机械
自行起吊小车控制系统是一种复杂的工业控制系统。使用PLC来设计和实现该系统，是完全可行的，不仅有利于节约成本，更有利于设备的更新及维护，具有很高的性价比。

一、自行起吊小车系统的功能要求

一个完备的自行起吊小车系统，应该具有多台小车沿轨道同时自动行走、停止以及有人控制的起吊、放下等功能，能够将各台小车及轨道部分的状态及时反映到控制台，并且实现一定程度的容错、防错和人工复位功能。

（一）小车的运行线路

为了满足客户的实际需要，本自行起吊小车系统还应具备轨道切换，双线路同时运行的功能，其轨道线路如下图所示：

整个系统共有两个上料点，小车分别从A上料点和B上料点起吊重物，然后按逆时针方向运行到下料点，将重物卸下。因为只有一个下料点，所以存在两条线路的动态切换，使走A线的小车只能走A线，走B线的小车只能走B线，较终在下料点前实现小车的积放，等待下料。

线路的动态切换，可以通过PLC编程控制实现。为了让PLC知道小车的位置等信息，必须将DI连接到轨道的相应区段上。为了控制小车，使其在道岔切换完成前停止前进，还必须将DO也连接到轨道的相应区段上，小车的DI读到轨道上某段电压的变化后，就会自主判断该前进还是停止。同样，道岔切换电机也由相应DO控制，以完成切换动作。

（二）人工控制系统的功能

1．中央控制室

中央控制室的控制柜门上有开系统、关系统、故障复位等按钮，另外还有显示屏用于系统信息和报警信息的显示。

2．上下料点的现场控制盒

在上下料点，有供操作员控制小车的控制盒。控制盒提供的功能如下：

叫车。 上下料点空闲时，可按叫车按钮，处于等待位的小车就会进入上下料点。

下降。 小车定位后，夹具自动下降至一定位置等待，然后可按下降按钮继续下降。

上升。 夹具上升到一定位置后，系统自动接管上升动作，直至夹具到**。

打开夹具。 如果夹具夹有重物，可按打开按钮松开重物。

关闭夹具。 按关闭按钮可使夹具夹紧重物。

放车。 夹具自动上升后按下放车按钮，到**后小车就驶离上下料点。

3．道岔控制盒

在轨道线路的每个道岔附近，都安装有手动道岔控制盒，用于特殊情况下道岔的手动切换。

（三）小车的功能

小车应该能实现可控制的自动前进以及手动前进后退，可以平滑的执行夹具的上升下降动作，可以打开和关闭夹具。可以将自身的状态返回到主控室，并且能接受操作员传来的合法命令。

二、控制系统硬件的选择和组态

根据以上的系统功能要求，我们决定使用PLC系统以分布式总线结构来实现控制系统的全部功能。其中主PLC系统安装在中央控制室内，子PLC系统安装在每台小车上，它们之间通过Profibus现场总线通讯。

（一）硬件选择

1．主站PLC系统和子站PLC系统

主站的PLC系统采用Siemens的 S7-300系列。

S7-300的DI、DO一部分连接于控制柜内，用于开关系统和电源监视，一部分连接于小车运行轨道上，用于轨道的状态监视和控制。

子站采用Siemens的ET200S远程I/O系统。ET200S是**的小型PLC控制器，其用于小车控制的较大特点是：

（1）自带IM151-7 CPU，可以控制小车完成所有动作，处理大量细节问题。主站只需要发送命令即可，减轻了主站PLC的负担。而且使整个系统易于维护。

（2）有**的柔性电机启动器，用于小车夹具开关电机的控制。

主站和子站分工合作。每台小车的动作控制功能由其上安装的ET200S来完成，而主站只负责发送命令信号。例如，操作员在现场按下提升按钮，主站接收到DI输入，并转化成提升命令，传递给子站。子站接收到提升命令后，向变频器发出控制字和频率字，并在适当的时候使电机松闸，使夹具上升。

ET200S还负责控制小车的前进、后退、在上下料点的精确定位等动作的执行，以及一些错误状态的自动复位等。主站通过在小车轨道上设置电压信号让小车读取，或者直接通过软件设置的通讯区传达命令字来控制小车的运行。

S7-300除了控制小车的运行，还负责系统的开关、轨道的切换、状态的显示以及错误状态的手动复位等。

主站的S7-300和子站的ET200S上都安装有Profibus-DP接口模块。这样，它们就可以通过Profibus-DP总线传递信息，相互通讯。

图1：自行小车运行线路简图。
图1：自行小车运行线路简图。

2．Profibus-DP和Power Rail Booster

本系统的主站和子站之间采用Profibus-DP连接和通讯，但是中间需要借助小车轨道来传递信息。由于车间环境恶劣，而轨道完全暴露在外面，没有任何抗干扰措施，不能保证信号传递的完整性和正确性。因此我们采用了Siemens公司专门针对小车控制通讯Profibus-DP总线设计的轨道信号放大器—Power Rail Booster。

PRB是用来执行Profibus通过控制器线的连接。例如，在导轨信号传输系统中，来自各种集线器的Profibus-DP总线信号被放大到无噪声水平，传送到滑线导轨传输线上，并在中央控制主机通过PRB将信号还原成Profibus-DP总线信号。

通常Profibus-DP的波特率是自动的。经过传输线的波特率一般在9600~500k bits/s 。

为了安全的，除了PRB外，不需其它数据过滤单元。

PRB只是一个通道，因此不需要设置，对于用户来说是透明的。

在现场每台小车及中央控制PLC的Profibus-DP总线接口处各安装1台PRB即可实现信号传输功能。

3．变频器

我们选用Siemens的MicroMaster 440变频器来控制小车的行走和升降电机。由于前进电机和升降电机不会同时运行，因此可以使用一台变频器控制两台电机，通过换向接触器来完成切换工作。在换向接触器切换的同时，MicroMaster 440变频器可以自动完成控制参数的切换。

MicroMaster 440变频器采用模块化设计。因此只需插入Profibus-DP通讯模块，即可通过Profibus总线与子站PLC通讯。可以很方便的实现控制功能和状态反馈。

MicroMaster 440变频器是专门用于起重作业的变频器，可以实现矢量控制方式。在控制行走电机时，因为其功率较小，采用V/F控制方式。而在控制升降电机起吊重物（约500kg）时，则必须使用矢量控制方式。在本系统中，我们在控制升降电机时使用了无传感器的矢量控制方式。变频器可以在两种控制方式中自由切换，分时控制两台电机。

4．传感器和位置开关

小车上安装有凸轮开关，用于反映夹具的位置，使子站PLC程序可以通过凸轮开关传回来的夹具位置而做出相应的判断，使夹具的升降动作变平滑。

为了让小车在上下料点时精确定位，小车上还安装了两个接近开关。而定位点的轨道上则安装了挡板，当小车上的这两个接近开关都接触挡板时，小车停止前进。

另外，小车上还安装有用于判断是否夹持有重物的光电开关等。

5．中控室的显示屏

采用Siemens的OP270显示屏。OP270有一个6英寸的显示窗口，并且已经安装了bbbbbbs CE操作系统。可以方便的通过编程器和Protool软件进行编程，完成图形化状态显示，报警信息显示，以及操作控制功能等。

图2：
图2： 主站命令提升，子站具体执行

图3：
图3： PRB在通讯线路中的位置

（二）软件组态

1．使用的组态软件

为了能使用编程器对选定的硬件进行编程，并且让必须在编程器中先对硬件进行组态，并将组态好的信息通过编程设备电缆下载到PLC中。

我们使用Siemens的S7 Step 7 v5.2来完成硬件组态。为了识别ET200S远程I/O站和MicroMas-ter 440变频器，还必须加装S7 Step 7 v5.2 SP1软件包。

2．主站PLC系统的组态

主站 S7 300系统由S7 315-2 DP CPU，Profibus-DP接口模块，电源模块，数字量/模拟量输入输出模块等部分组成，存储卡使用S7 MMC 64Kbyte。其中输入输出模块的个数可以视实际情况增减。

3．子站PLC系统的组态

一套ET200S系统包括IM151-7 CPU，Profibus-DP接口模块，电源模块，数字量/模拟量输入输出模块，电机启动器等部分。存储卡使用S7 MMC 64kbyte。其中输入输出模块的个数可以视实际情况增减。每一套ET200S都要进行组态，以对应于每辆小车。

4．分布式结构的组态和通讯区设置

主站和子站之间是一对多的关系，一台主站与所有子站通过Profibus-DP通讯。这种网络结构也需要进行组态，并下载到PLC中。可以使用Net Pro程序进行网络结构组态和下载。

为了将命令传递给子站，还应该在主站和子站系统别开辟用于通讯的虚拟I/O区。主站上的每一块虚拟I/O区对应于一台小车上的虚拟I/O区。这样主站程序只要按一定的格式输出虚拟DO，子站的虚拟DI就会接收到信号，同样的，子站可以通过虚拟DO将自身的状态返回到主站，以供主站监视和判断。可以在硬件组态过程中通过HW config程序设置通讯区，因为虚拟I/O并不是硬件上真实存在的，因此可以设置得很大，只要不**出存储单元的容量就行。

在应用PLC高速计数器时往往会碰到如下一系列问题，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配。如旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器为确保工业现场的高抗干扰性能，却要求接受的是0 - 24v传输脉冲信号、又有的编码器为了提高编码可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相的编码计数脉冲或者是提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量差分、差模信号，但PLC高速计数器要求接收的是单相计数脉冲。而使用者没有选择用到合适的转换接口而放弃了其中一相（编码器本因为要提高系统工业现场抗干扰能力，而提供的双相计数脉冲信号）进行计数。
又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合是非单方向匀速运动的，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，又如旋转编码器、光栅尺低速运行时计数器正确，速度高一些计数就出错，会漏计许多脉冲，但是所选用的PLC高速计数器的计数响应频率远远**编码器的运动频率。如果编码器没有足够的驱动能力。接口没有匹配处理好脉冲距离稍长些，脉冲传输就会出现延迟、脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变，那是非常容易发生计数误差的。
有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的前后沿口是有速率要求（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭），尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动所产生机械磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。又因为在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。
问题较终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲如果没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。
因此许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提高精度的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹源头在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。
为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统中普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节---中间接口，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉可以工作，有些部件在当下去掉确实一时是反映不出有无的变化和它的必要性。尤其是在当前市场竞争白日化，比价竞争成为竞标可以选择的不明智压力下。常常是会在做设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。从而往往会形成许多国产化系统先天不足后天失调，在现场系统调试时常常卡口。在现场采取应急措施，此时所采取措施常常是不十分完善的治标不治本的“小疮贴”。系统不耐用也就自然的了，反倒使工程日后无形的维护费用变大，似乎前期项目投入负责到可用与后期系统的耐用，是互不关联的两家之的事。其实质原因问题还是在自身，为什么就迈不过这一道槛呢？非常值得我们反思。
我们对那些可“精简多余的”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体集合时有存在的必要性，选好对应匹配的接口,保持各个小系统相对的独立性是确保大系统长期稳定运行的可靠**。也给以后系统升级预留了必要的空间，尤其是精确度要求比较高的，技术更新比较快的机械电气合一的数控项目中尤为重要。
为此我们引进了国际上先进而又成熟的接口技术，吸收消化了许多针对性细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器接口模块和MHM-06双高速差模信号转换器接口模块，而且分别还有多种输入输出方式组合，可以满足国内外现有各种形式的旋转编码器、光栅尺与各种PLC控制器匹配的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些“问题系统”上、和在老系统进行数控改造项目上，实际应用得到了验证