基于PLC的運(yùn)料小車(chē)應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章分析了當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用情況，PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，運(yùn)用有關(guān)現(xiàn)代生產(chǎn)管理的科學(xué)理論和現(xiàn)代PLC技術(shù)與方法，設(shè)計(jì)了基于PLC的運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)化控制應(yīng)用系統(tǒng)，提高了運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)的自動(dòng)化和管理水平。

關(guān)鍵詞：運(yùn)料小車(chē)；應(yīng)用控制；PLC

運(yùn)料小車(chē)是焦化廠(chǎng)及其它工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于冶金、有色金屬、煤礦等行業(yè)。早期運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器-接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作[1-2]。并且為了更方便的對(duì)運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)控，傳統(tǒng)的指示燈報(bào)警和提示已不能滿(mǎn)足要求[3]。人們需要掌握小車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行路徑、了解小車(chē)的工作狀態(tài)、記錄小車(chē)的運(yùn)行歷史并能夠隨時(shí)修改小車(chē)的運(yùn)行參數(shù)和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，還需要按照可視和可控的格式，實(shí)時(shí)傳輸、管理和顯示這些信息，幫助企業(yè)進(jìn)行更好的管理[4]。現(xiàn)代的運(yùn)料小車(chē)基本將控制系統(tǒng)更改為了基于PLC核心的計(jì)算機(jī)控制，本文為此具體探討了基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用控制體系的建立。

1 當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)料小車(chē)應(yīng)用情況

運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)是工業(yè)企業(yè)的重要組成部分，是工業(yè)企業(yè)最大的輔助設(shè)備之一，其主要特點(diǎn)是工藝復(fù)雜，控制單位主要依靠手動(dòng)，設(shè)備工作環(huán)境惡劣[5]。因此，擺脫傳統(tǒng)手動(dòng)控制方法，改善勞動(dòng)條件，建立先進(jìn)、可靠、便捷的控制系統(tǒng)就成為工業(yè)企業(yè)的主要任務(wù)。同時(shí)目前我國(guó)很多工業(yè)企業(yè)改革仍有薄弱環(huán)節(jié)，企業(yè)管理水平低，現(xiàn)代化管理不到位，普遍存在高投入低產(chǎn)出、高消耗低效益，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)主要靠投資膨脹拉動(dòng)，靠大量消耗資源來(lái)進(jìn)行[6]。傳統(tǒng)的強(qiáng)電集中控制方式已不能適應(yīng)大型工業(yè)企業(yè)運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)化的要求。工業(yè)企業(yè)運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)一般利用現(xiàn)代成熟的PLC技術(shù)和現(xiàn)代總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)其控制功能，即輸送程控系統(tǒng)。作為一種遠(yuǎn)距離傳輸能力很強(qiáng)的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)能將監(jiān)控點(diǎn)做到徹底的分散[7]。同時(shí)，其強(qiáng)勁的系統(tǒng)集成及封裝能力、安全可靠的互連互通特性、極強(qiáng)的故障診斷能力，以及很高防護(hù)等級(jí)，都為控制系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和系統(tǒng)性能的優(yōu)化提供了保障，也滿(mǎn)足了輸送程控系統(tǒng)的高可靠性和靈活性的要求。

2 PLC控制的特點(diǎn)

PLC是一種應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運(yùn)算操作電子裝置。PLC采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序運(yùn)算以及算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)或生產(chǎn)過(guò)程。PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、汽車(chē)、輕紡等各個(gè)行業(yè)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)。PLC運(yùn)用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)以及嚴(yán)格的生產(chǎn)制造工藝，在內(nèi)部電路上采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的抗干擾能力和可靠性等。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展、完善，PLC已經(jīng)形成小、中、大等各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，可用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。PLC接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，有效減少了控制設(shè)備的外部接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造周期大大縮短，維護(hù)也更為方便。此外，PLC還具有體積小、能耗低、重量輕的特點(diǎn)。因此，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC的地位無(wú)出其右。即使受金融危機(jī)的沖擊，市場(chǎng)規(guī)模略有萎縮，但其發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，眾多PLC廠(chǎng)商依然看好其發(fā)展前景，不斷加大投入。

3 基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的全線(xiàn)自動(dòng)化，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。多機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)形式一般有星型、樹(shù)型、總線(xiàn)型、分散型等。總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)具有接口簡(jiǎn)單、可靠性高、組成靈活、應(yīng)用方便、控制容易、價(jià)格低等多種優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)采用分布式測(cè)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)主機(jī)和運(yùn)料小車(chē)之間的總線(xiàn)型中斷控制串行傳輸方式。

3.2 設(shè)計(jì)方案

基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用控制的設(shè)計(jì)方案采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口和分布式控制系統(tǒng)，可以方便地共享設(shè)備，如強(qiáng)大的主機(jī)等。數(shù)據(jù)資源能實(shí)現(xiàn)共享，從一個(gè)終端可以訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)系統(tǒng)的資源，用戶(hù)之間可以交換文件及數(shù)據(jù)。主機(jī)的4個(gè)控制端，分別與各個(gè)運(yùn)料小車(chē)的外部中斷INTI相連接。運(yùn)料小車(chē)不必隨時(shí)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，只需打開(kāi)外部中斷INTI端口，可同步進(jìn)行自己的正常工作。當(dāng)主機(jī)發(fā)送某一中斷控制信號(hào)時(shí)，相應(yīng)運(yùn)料小車(chē)中斷正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。進(jìn)入中斷后，運(yùn)料小車(chē)關(guān)閉外部中斷，保持現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)主機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)和識(shí)別，并進(jìn)入正常的通信狀態(tài)。通信完畢后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷開(kāi)放，繼續(xù)正常的工作。

3.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.3.1 小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的需要是根據(jù)實(shí)際要求實(shí)現(xiàn)小車(chē)在若干站點(diǎn)之間的來(lái)回往返，同時(shí)對(duì)各站點(diǎn)呼叫的優(yōu)先級(jí)和權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)出現(xiàn)高級(jí)別的呼叫時(shí)，小車(chē)將自動(dòng)的記錄低級(jí)別的呼叫，并等待高級(jí)別的呼叫響應(yīng)完畢后再去響應(yīng)低級(jí)別的呼叫。

3.3.2 人機(jī)界面的組態(tài)和界面設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出小車(chē)的運(yùn)行畫(huà)面，顯示小車(chē)的滿(mǎn)載/空載、即時(shí)速度、運(yùn)行位置的情況等，并能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)觸屏控制小車(chē)的急停、運(yùn)行方向、啟動(dòng)和順序的改變等；可以記錄小車(chē)的裝卸料的歷史，并可以調(diào)用、查看、導(dǎo)出。

3.3.3 人機(jī)界面與小車(chē)控制系統(tǒng)的通信

本系統(tǒng)將57-200CPU連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。EM277PRO

F經(jīng)過(guò)串行I/O總線(xiàn)連接到57-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)DP通信端口連接到PROFIBUS-DP模塊，然后向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。憑此特性，用戶(hù)可以修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。

4 基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用控制調(diào)試運(yùn)行

系統(tǒng)調(diào)試是輸送程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中比較重要和關(guān)鍵的一步。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程的好壞將直接影響到工程項(xiàng)目進(jìn)度和系統(tǒng)的最終交付使用。為了模擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)環(huán)境，搭建了試驗(yàn)室調(diào)試平臺(tái)，通過(guò)提供與現(xiàn)場(chǎng)相類(lèi)似的信號(hào)給系統(tǒng)，可以初步檢測(cè)系統(tǒng)硬件與軟件的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.1 PLC軟件的安裝調(diào)試

正確在PLC上安裝輸送控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需要的各種軟件也是一項(xiàng)重要的調(diào)試工作。配置好PLC所需的各種硬件之后，將硬盤(pán)格式化，依次安裝正版軟件。軟件裝完以后，對(duì)軟件進(jìn)行注冊(cè)并對(duì)系統(tǒng)作相應(yīng)的備份。在MAX中對(duì)NI-6515、NI.8461、NI.1407進(jìn)行相應(yīng)的配置。此步調(diào)試的目的是讓系統(tǒng)的軟件和硬件都能夠正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

4.2 控制系統(tǒng)硬件調(diào)試

控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試主要包括網(wǎng)絡(luò)通信功能的調(diào)試、視頻信號(hào)監(jiān)控調(diào)試、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊的調(diào)試、串口通信的調(diào)試等。比如某工業(yè)企業(yè)在運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)改造中，一方面對(duì)運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)的控制邏輯程序重新組態(tài)，優(yōu)化和完善了原始邏輯，利用先進(jìn)設(shè)計(jì)方式，替換掉可能出現(xiàn)皮帶自行啟動(dòng)的邏輯程序；另一方面升級(jí)上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)輸送程序控制在上位機(jī)整合。在調(diào)試改造過(guò)程中結(jié)合實(shí)際創(chuàng)新思路，將輸送皮帶跑偏開(kāi)關(guān)由之前的總開(kāi)關(guān)模式拆分成分開(kāi)關(guān)模式，解決了運(yùn)料小車(chē)皮帶跑偏信號(hào)不能指示故障點(diǎn)的難題，提高了消缺效率。通過(guò)改造，重新編制PLC程序，改進(jìn)上煤控制方式，系統(tǒng)由單一的自動(dòng)和手動(dòng)控制方式升級(jí)為自動(dòng)（程控）、程序聯(lián)鎖手動(dòng)、程序解鎖手動(dòng)及試機(jī)四種控制方式，提高了運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)上煤的靈活性，實(shí)現(xiàn)在程控室上位機(jī)工作站便可根據(jù)運(yùn)行流程選擇煤源及交叉點(diǎn)，自動(dòng)啟動(dòng)，并能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行。

總之，基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用控制系統(tǒng)能有效提高調(diào)度工作的靈敏度和指揮水平， PLC技術(shù)是未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

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