6ES7231-0HC22-0XA8规格说明1 引言 电源监控是铁路信号的重要的监控系统。在此之前信号的电源监控系统基本上是采用单片机作为信号采集系统的核心。单片机监控系统一方面存在采集速度慢、界面不友好、操作不方便等技术局限，另一方面由于其中的电源模块部分的监控相对独立，对电源系统带来了诸多不便，比如维护困难、界面显示繁琐等。基于以上原因本项目配套开发了基于台达PLC作为信号采集核心、台达HMI触摸屏作为操作和监视界面的电源监控系统。监控子系统与电源模块通过工业总线网络互连实现整合的经济实用、技术先进的铁路信号的电源监控系统。2 硬软件系统设计2.1硬件体系设计 铁路信号电源监控硬件体系设计参见图1。系统规模：44个数字量输入；1个数字量输出；6个电源模块；39路模拟量输入。 控制系统配置如下：触摸屏：DOPA75CSTD；PLC：DVP16EH00T＋1个DVP04AD-H＋3个DVP16HM11N；电源模块通讯卡1块；分时采集电路卡1块。 触摸屏主要是用来显示采集数据、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、历史趋势图显示等。PLC主要是采集数据并计算，由于考虑系统对模拟量采集的速度要求不是很高，为了节省成本，系统中使用了1 个DVP04AD-H对39路模拟量进行了分时采集，为了实现这个功能我们与厂家共同实验开发了一个电子开关电路，对39路模拟量分了十组、每组4路，通过输出不同的组别进行采集。电源通讯卡主要负责把6块电源模块的数据汇总并且通过RS484接口以MODBUS协议与PLC通讯，使PLC采集得到6块电源模块的数据，为实现这个功能我们公司的电源研发部门做了大量的工作，终使PLC与电源模块的通讯卡实现了通讯，电源模块的信息得到了采集。[NextPage]2.2软件体系设计 （1）系统功能设计：44个数字量采集显示，故障判断；6个电源模块的数据采集显示、显示电源模块的工作状态并判断报警；39路模拟量显示、并判断上下限报警；显示报警画面、报警信息、当前报警、报警频次；报警上下限设定；数据微调功能，并且显示微调值； 历史趋势图显示；不同画面开启权限设定； 以上有必要说明的是数据微调功能，由于现场的一次测量元件测量会有误差，而且此误差是固定的，短时间内是不变的，所以在程序当中增加这部分功能，使终显示出来的数值是消除误差之后的值； （2）系统结构设计分为HMI人机对话界面部分和PLC现场监控部分。HMI部分主要构架参见图2。图2 HMI人机对话界面 PLC监控部分主要包括：电源模块通讯；分时采集40路模拟量，每次采集4路；对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值，显示电源模块的工作状态并判断报警；微调值计算，显示值微调，并做负值消除；故障和报警；数字量采集显示，故障判断；3 工程调试 调试分时采集功能时需要注意分时采集的时间，过大会影响整体数据采集的时间，过小会造成采集数据混乱，另外需要在两次采集数据之间加一段间隔时间，避免两组数据的重叠。对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值。微调值计算，显示值微调，并做负值消除；注意微调时可能会出现负值情况，所以要考虑负值的消除。电源模块通讯注意电源通讯时的通讯协议一定要在通讯卡中设置好，包括站号设定，另外注意地址对应。故障和报警；因为报警点共有79个，很繁琐，需要思路清晰。4结束语 基于中达电通公司提供的解决方案的典型案例整合了两种不同种类的产品，体现出单一技术平台在集成工程中的一体化特点。的测量装置和发讯元件；经实践证明作为国产装置该装置还是比较可靠的；此汽轮机保护装置由山东省化工设计院设计，汽轮机保护装置由继电器接受现场一次发讯元件信号控制现场线圈驱动液压元件关闭主汽门等设备实现汽轮机的安全停车。由于参与汽轮机保护的控制信号有19个，设计使用的继电器较多；由于设计原因，在审查图纸的过程中即发现该设计控制原理错误，实现不了应有的保护功能，后联系设计院修改设计实现了基本的跳车保护功能，使汽轮机具备了运行条件。 自02年11月开始，汽轮机进行试运行，由于存在较多的安装质量问题，在整改过程中汽轮机开停频繁。在频繁的开停车过程中，汽轮机保护装置暴露出很多设计缺陷，总结后主要有以下几点： 1:没有设计故障报警：虽然设计了继电器自锁电路，但是在汽轮机停车过程中触发的停车信号 较 多，无法确定真正的停车原因，给分析、处理问题带来很大困难； 2:因设计及使用继电器较多等问题造成继电器误动、拒动现象时有发生。 3:汽轮机测量装置安装在现场，由于环境温度较高，电子元器件时有损坏现象发生对正常测量影响较为明显，无法保证测量装置的稳定、正常工作。 4:由于设计使用继电器很多，给发生故障查找原因带来了一定难度。针对以上问题采取了相应措施： 由于原设计没有考虑故障报警，给实际应用、现场分析跳车原因带来了困难；如果考虑使用继电器实现锁定故障原因需要增加继电器数量较多，虽然解决了故障锁定问题，但是仍无法解决第2、第4项问题，且随着继电器数量的增加有增加问题的突出性的可能，并且现场控制柜内部空间无增加硬件设施的余地；同时继电器使用过多，系统的可靠性将会降低。基于以上考虑，同时参考实际对PLC的应用经验，决定使用三菱PLC对汽轮机的保护装置结合实际应用进行重新设计；对所有参与汽轮机跳车控制信号做故障锁定。决定采用PLC进行控制，主要是考虑PLC控制与常规继电器控制相比有以下优点： 1:PLC内部接点不同于继电器逻辑电路的接点，可靠性高，不会发生误动、拒动、接点粘连等继电器易发生的故障；无机械动作时间，响应时间快；同继电器相比平均无故障运行时间相对较长。 2:PLC执行程序响应时间快，已达到ms数量级，对引发故障锁定及时、有效。 3:修改或变更程序方便。基本上不要考虑增加外围硬件设备，对于以后维护、修改、增加执行程序控制带来了极大的方便。 4:PLC本身具有输入、输出指示灯及故障自诊断功能，现场判断处理问题一目了然，大大减少判断问题的时间和判断问题的难度；提高了准确判断问题的能力。 5:PLC的平均无故障运行时间已达到十万个小时，系统的可靠性大大提高。针对故障锁定问题在PLC程序上进行了重新设计; 梯形图原理如下：[NextPage]梯形图原理说明： M1～M2为现场发讯元件进入PLC后定义的内部线圈驱动的内部接点；M100～M108为现场发讯元件发出信号后PLC内部锁定定义的线圈；Y4～Y6为PLC输出的定义故障报警接点；M27为为进行复位而设置的PLC外部开关，以便PLC解除锁定状态，进入下一轮等待锁定状态。当现场信号动作驱动PLC内部接点M0动作此时由于其它没有动作信号M100～M108除M100外都处于等待状态常闭接点闭合，M0驱动M100动作，M100驱动Y4输出故障报警；现场处理完毕后复位M27,M27断开，M100动作，Y4报警消除，M27闭合后系统处于新的一轮等待工作状态。 通过梯形图原理可以看出，只要PLC的输入、输出点数容许，故障报警可以同时做多个现场输入信号，对于查找故障原因非常方便，简化手续缩短查找时间；至关重要的是非常可靠，不会同时出现两个或多个故障报警。 设计完成后于04年5月对汽轮机保护装置进行了安装PLC改造，在汽轮机保护装置进行PLC改造的同时，我们对现场的汽轮机测量装置安装位置进行了移位安装，将测量装置移位至环境相对较好的中央控制室，在移位至现今的两年时间里，测量装置运行良好，以前经常发生的故障再也没有发生。同时PLC改造的效果非常明显，在改造后汽轮机经历数次跳车，每一次PLC都能准确的锁定故障原因，为进行相对的设备检修和处理提供了可靠的技术保证；同时再也没有因为保护装置本身出现任何问题，得到了相关人员较高评价。 由于改造效果较好，在05年7月借鉴改造4#汽机的经验，又对3#汽机进行了PLC改造，并且一次开车成功，取得了良好的改造效果。可编程控制器是70年代以来，计算机迅速发展在工业控制领域对顺序控制有着重大意义的一种新兴技术，由于它编程直接，方便，抗干扰能力强，工业控制中几乎所有的顺序控制都可简单地由它完成，因而其应用愈来愈广泛。电动行车是现代化生产中用于物料输送的重要设备，传统的控制方式下，大都采用人工操纵的半自动控制方式，在许多场合，为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度，往往需要实现电动行车的自动化控制，实现自动化控制，可以使行车能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一系列的工作。本文介绍了工厂电镀车间的电镀专用行车，利用PLC构成一套自动控制系统，实现对电镀专用行车的自动控制过程。1 工作过程分析 电镀专用行车采用远距离控制，起吊重量500kg以下，起重物品是有待进行电镀或表面处理的各种产品零件。根据电镀加工工艺的要求，电镀专用行车的结构和动作流程如图1所示，其中1 槽为电镀槽，槽中装有电镀液，2槽为回收槽，3槽为清水槽，实际生产中电镀槽的数量由电镀工艺要求决定，电镀的种类越多，槽的数量越多。图1 电镀专用行车的结构和动作流程图电镀专用行车的工作过程如下： （1） 在电镀生产一侧，工人将待加工的零件装入吊篮，发出控制信号，行车自动上升，并逐段前进，根据工艺要求在需要停留的槽位停止。 （2） 行车停留在某个槽位上面后，自动下降，停留一定的时间（各槽停留的时间根据工艺要求预先设定），再自动上升并继续前行。 （3） 如此完成电镀工艺规定的各道工序，直至生产的末端。然后，自动返回原位，由工人卸下处理好的零件。 至此，一次循环加工完成，可见，电镀专用行车加工过程的控制是顺序控制，由吊篮前进、下降、延时停留、上升、后退等工序组成。2 拖动系统设计 专用行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动，根据电镀行车的起吊重量，选用两台电动机进行拖动。 主电路拖动控制系统如图2所示，其中，行车的前进和后退，吊钩的上升和下降控制分别通过两台电动机M1、M2的正、反转来控制。图2 主电路拖动控制系统原理图图2中，接触器KM1，KM2控制电动机M1的正、反转，实现行车的前进和后退，接触器KM3，KM4控制电动机M2的正、反转，实现吊钩的上升和下降。 3 PLC系统结构设计 3.1 PLC选型及地址分配 根据该专用行车的控制要求，其输入/输出及控制信号共有13 个，其输入信号9个，输出信号4个，实际使用时，系统的输入都为开关控制量，加上10%－15%的余量就可以了，并无其他特殊控制模块的需要，拟采用三菱公司FX2N-24MR型PLC，输入/输出信号地址分配见表1。表1 输入/输出信号地址分配表作用 名称 地址 启动按钮 SB1 X001 原位限位开关 SQ4 X002 清水槽限位开关 SQ3 X003 回收波槽限位开关 SQ2 X004 镀槽限位开关 SQ1 X005 下限位开关 &n bsp; SQ6 X006 上限位开关 SQ5 X007 行车点动进 SB2 X010 行车点动退 SB3 X011作用 名称 地址 行车前进 KM1 Y001 行车后退 KM2 Y002 吊钩上升 KM3 Y003 吊钩下降 KM4 Y004[NextPage]3.2 PLC控制电路设计图3 PLC控制系统I/O端口接线图 图3为电镀专用行车的控制系统I/O端口接线图，需注意的是，图中对输入的常闭触点进行了处理，即常闭触点改用了常开触点。4 PLC软件设计4.1 控制系统梯形图编制[NextPage] 根据控制要求和I/O地址编制，绘出控制系统梯形图如图4。图4 PLC控制系统梯形图梯形图工作原理分析：[NextPage] 电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩，行车和吊钩各由一台电动机拖动，行车的进/退和吊钩的升/降均由相应的限位开关SQ定位，流程如下： （1）按启动按钮SB1，X001闭合，状态S0被置位，Y003得电，KM3工作，吊钩提起工件，开始上升，当碰到上限位开关SQ5时停止，X007接通，S0复位，吊钩停止上升，状态S1被置位，M20得电，Y001工作，KM1工作，行车开始向下一道工序前行。 （2）当行车前行至镀槽限位开关SQ1时，X005动作，S1复位，行车停止前行，状态S2被置位，Y004得电，KM4工作，吊钩刚好在镀槽的上方开始下降。 （3）当吊钩下降至下限位开关SQ6时，X006动作，吊钩下降停止，工件浸入镀液槽中，并开始定时。 （4）定时280秒后，状态S3被置位，Y003工作，KM3工作，电镀结束，吊钩提起工件，开始上升，当碰到上限位开关SQ5时停止，X007接通，吊钩停止上升，并在镀槽上方停留28秒，让镀波滴回槽中。 （5）当行车在镀槽上方停留28秒后，状态S4被置位，M20得电，Y001工作，KM1工作，行车继续向下一道工序前行，直到碰压回收波槽限位开关SQ2时，X004动作，状态S5被置位，Y004得电，KM4工作，行车停止前行，并且吊钩刚好在回收波槽的上方开始下降。 （6）当吊钩下降至下限位开关SQ6时，X006动作，吊钩下降停止，工件被放置回收波 槽中，并开始定时。 （7）定时30秒后，状态S6被置位，Y003工作，KM3工作，吊钩又开始上升，当碰到上限位开关SQ5时停止，X007接通，吊钩停止上升，并定时停留15秒。 （8）当15秒定时到后，状态S7被置位，M20得电，Y001工作，KM1工作，行车继续向下一道工序前行，直到碰压清水槽限位开关SQ3时，X003动作，行车停止前行，并且在清水槽上方停留15秒。 （9）定时15秒后，状态S8被置位，Y004工作，KM4工作，吊钩开始下降，当吊钩下降至下限位开关SQ6时，X006动作，吊钩下降停止，工件置于清水槽中，并开始定时清洗30秒。 （10）定时清洗30秒后，状态S9被置位，Y003得电，KM3工作，吊钩提起工件，开始上升，当碰到上限位开关SQ5时停止，X007接通，吊钩停止上升，并定时停留15秒。 （11）定时15秒后，状态S10被置位，M21得电，Y002工作，KM2工作，行车开始后退，当后退至原位限位开关SQ4时，X002动作，状态S11被置位，Y004工作，KM4工作，行车停止后退，吊钩开始下降，当吊钩下降至下限位开关SQ6时，X006动作，吊钩下降停止， 镀好的工件被取下来。 （12）按下按钮SB2或SB3，能实现行车的点动进/退控制。 至此，整个电镀生产完成一个工作循环，当再次按下起动按钮SB1时，则开始第二个工作循环。5 结束语 文中采用PLC对电镀专用行车进行自动控制，简化了电气控制系统的硬件和接线，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性，应用表明，PLC在旧电动行车的自动化改造和新型电动行车的设计中，有广泛的应用前景。
