PLC3 的上位機替代方案

苗鎮發

（青島港國際股份有限公司前港分公司，山東青島 266500）

0 引言

前港公司煤碼頭是1993 年投產的專業化煤炭裝卸碼頭，采用皮帶機進行煤炭、礦石專業化裝卸作業，年設計通過能力1720 萬噸，中控室采用AB 公司生產的PLC，集中控制21 條地面皮帶機和溜槽翻板、排水器等附屬設備，中控室設計2 臺AB公司7562 型工控機，應用程序采用C 語言編寫，通過AB 公司通信適配器1771-KF2，與PLC3 通過DH+方式通信，采集皮帶機及其附屬設備的狀態信息，經過處理后在屏幕上顯示，提供給中控操作員，中控操作員通過上位機掌握整個煤碼頭皮帶機及其附屬設備的狀態信息，進行煤礦裝卸作業的組織指揮。

皮帶機的設備狀態信息在工控機上以數字代碼的方式顯示，共有10 種狀態代碼，其中0 代表機側、1 拉線、2 跑偏、3 打滑、4 堵塞、5 制動器開、6 張緊、7 磁分器故障、8 過電流、9 荷載檢測器，皮帶秤流量采用4 位數字顯示，工控機是中控操作員進行生產組織指揮的眼睛和耳朵，在整個裝卸系統中處于核心關鍵地位，一旦工控機損壞，中控操作員將無法獲取皮帶機及其附屬設備的狀態信息，整個煤碼頭將不能進行正常的裝卸生產。

與現在主流的工控機組態軟件使用方法簡單易學不同，從事控制設備管理技術人員一般不具備修改7562 工控機C 語言程序的能力，因為PLC3 不具備以太網通信接口，只能通過DH+方式進行通信，不能用主流的上位機組態軟件進行替代改造，要使用組態軟件進行工控機改造，要對PL3 進行整體升級，煤碼頭需要長時間停機，生產停止，影響太大，考慮到在用的PLC3性能穩定，能夠滿足煤碼頭當前的生產需要，且PLC3 模塊庫存備件充足，可暫不考慮對PLC3 進行整體升級改造，因此決定自主研制皮帶機設備狀態顯示裝置，代替性能不穩定的上位機，同時要盡量減少改造對煤碼頭裝卸生產的影響。

1 總體設計方案

將原7562 工控機配備的2 個專業鍵盤進行改造，設計制作2 個皮帶機設備狀態顯示盤，狀態顯示盤上安裝足夠數量的數碼管，利用數碼管顯示數字代碼的方式，分別顯示卸車——堆料線和取料——裝船線皮帶機和附屬設備的狀態；制作狀態顯示盤數碼管控制電路板；對PLC3 輸出點進行擴展，利用PLC3 直流輸出模塊輸出DC 24 V 電壓，直接驅動數碼管，顯示數字代碼；PLC3 直流輸出模塊與數碼管控制電路板輸入端連接；數碼管控制電路板輸出端與皮帶機設備狀態顯示盤連接；編寫皮帶機設備狀態代碼顯示的PLC 控制程序。

2 具體改造方案

2.1 對PLC3 輸出點進行擴容改造

對PLC3 直流輸出點進行擴展，增加1 個I/O 遠程站（圖1），整個碼頭共有皮帶機21 條，每條皮帶機10 個故障代碼，需要輸出點210 個；溜槽翻板15 套，每套顯示1 個狀態，需要輸出點15 個；皮帶機排水器7 臺，每臺3 種狀態顯示，需要輸出點21 個，總計需要輸出點246 個，采用1771-OVN 直流輸出模塊，每個模塊32 個輸出點，需擴展1 個10 槽機架1771-A4B 和8個32 點的輸出模塊1771-OVN，機架模塊通過1771-ASB 遠程適配器模塊，與PLC3 主機的通信掃描模塊SR5 連接，PLC3 有4096 個直流輸入輸出點，已經配置使用的PLC 遠程站有12 個，分別連接在PLC3 的通信掃描模塊1775-SR5 的通信通道1 和2 上，為防止新配置輸出點地址與原有的沖突，相同機架號的輸入、輸出機架，可以配置在PLC3 通信掃描模塊1775-SR5 的不同通道上，因此將新擴展的輸出模塊機架配置在1775-SR5 通信模塊的通道3 上，考慮到新擴展機架與PLC3 主機的通信距離，將該通道通信速率設定為115.2 kbit，1771-OVN 輸出模塊采用共陽接法。

圖1 新擴展的PLC3 遠程站

2.2 制作皮帶機設備狀態顯示盤

原有7562 工控機配備的兩個備用專業鍵盤，尺寸剛好適合布置246 個10 mm 尺寸的數碼管，外形比較美觀，與中控室的工作場景比較協調，將其改造成兩個皮帶機設備狀態顯示盤，分別是卸車堆料線皮帶機設備狀態顯示盤（圖2），取料裝船線皮帶機設備狀態顯示盤（圖3），具體做法是拆除鍵盤的覆膜按鍵和內部元件，將246 個數碼管按照設計的排列順序和方位，焊接在覆銅板上，覆銅板固定在鍵盤底板上，在鍵盤表面粘貼專門設計制作的高透明度硬材質覆膜，覆膜在布置數碼管的部位保持透明狀態，其余部位的背面粘貼淺藍色覆蓋膜。其中卸車線皮帶機設備狀態顯示盤顯示13 條皮帶機10 個溜槽翻板的設備狀態，取料裝船線皮帶機狀態顯示盤顯示8 條皮帶機、5 套溜槽翻板、7 個皮帶機排水器的設備狀態，其中每一條皮帶機配置10 個狀態顯示數碼管，分別代表皮帶的10 種狀態，數字代碼的含義分別是：0機側、1 拉繩、2 跑偏、3 打滑、4 張緊、5 打滑、6 制動打不開、7 皮帶撕裂、8 電機過電流、9 磁分器故障，每個溜槽翻板顯示機側/遙控兩種狀態，每套排水器顯示機側/遙控、上限位、下限位3 種狀態，跟原來工控機顯示的代碼及內容一致，便于中控操作員適應和接受，數碼管的管腳按照需要顯示的數字預先焊接好，采用共陽接法。皮帶機設備狀態顯示盤安裝針式接口，通過插接件與數碼管控制電路板連接。

圖2 卸車堆料線皮帶機設備狀態顯示盤

圖3 取料裝船線皮帶機設備狀態顯示盤

2.3 設計制作皮帶機狀態顯示盤數碼管控制電路板

設計制作卸車堆料線和取料裝船線皮帶機狀態顯示盤限流控制電路板（圖4、圖5），利用限流電阻將每段數碼管工作電流限制在10 mA，控制板安裝在密閉的電氣箱內，通過精密端子排，連接到PLC 直流輸出點和皮帶機設備狀態顯示盤，與PLC輸出模塊采用排線連接，與皮帶機設備狀態顯示盤采用多芯柔性電纜連接。

圖4 卸車堆料線皮帶機狀態顯示盤控制電路板

圖5 取料裝船線皮帶機狀態顯示盤控制電路板

2.4 制作皮帶機狀態顯示盤與控制電路板的連接電纜

使用多芯柔性電纜制作皮帶機設備狀態顯示盤與顯示盤控制電路板連接的插接電纜，每個皮帶機設備狀態顯示盤設計4 個25 針連接器，1 個9 針連接器，共計需制作8 根25 針連接器電纜，2 根9 針連接器電纜，皮帶機設備狀態顯示盤頂部固定連接器母端，內部采用排線與數碼管管腳焊接好，皮帶機設備狀態顯示盤控制電路板出線端連接針式連接器的公端，連接器針腳采用焊接方式，與狀態顯示盤控制電路板連接采用25 針式連接器插接，共制作連接電纜10根。采用排線和多芯柔性電纜通過25 針和9 針插接器進行插接的連接方案，有效解決連接電纜線芯數量多和接線空間小的矛盾。

2.5 編寫PLC 顯示驅動程序

煤碼頭21 條皮帶機、15套溜槽翻板、7 臺皮帶機排水器共計246 個需要顯示的狀態，每個狀態對應一個數碼管，為每個狀態所對應的PLC3 直流輸出模塊的輸出點編寫PLC 控制程序，因為皮帶機設備狀態顯示盤數碼管總計多達246 個，為方便檢查數碼管是否能夠全部正常工作，及時發現發生顯示故障的數碼管及其驅動線路，確保皮帶機設備狀態顯示不錯不漏，為每個狀態數碼管設計燈試檢查程序，便于中控操作員隨時檢查皮帶機故障顯示盤的每個點位是否能夠正常顯示，總計編寫PLC 控制程序246 級（圖6）。

圖6 PLC 顯示驅動程序

3 結束語

通過自主研制皮帶機設備狀態顯示盤，利用PLC3 輸出模塊輸出直流電壓，直接驅動數碼管顯示數字代碼的方式，顯示皮帶機及其附屬設備狀態，方案簡單實用、可靠性高，省去上位機通過專用通信軟件采集PLC3 內部數據，經過處理后再顯示的中間環節，反應速度快，數碼管性能穩定可靠，故障率低，可不間斷運行10 萬小時以上，數碼管備件價格低廉，在市場上容易采購到，不存在后續備件短缺的問題，改造過程與原有工控機實現無時間縫隙的銜接替換，整個改造過程沒有影響到碼頭正常的裝卸生產作業。該裝置投入使用后，性能穩定，已持續運行16 年，沒有出現任何故障，成功替代PLC3 原配套的7562 型工控機，滿足皮帶機設備狀態顯示的迫切需要，解決煤碼頭持續進行煤炭裝卸作業的長遠問題，縮短改造時間，改造項目利用多余的庫存備件作為PLC3 擴展模塊，項目主要費用支出是購買數碼管、多芯柔性電纜和排線，實際投入資金不到6000 元，在少花錢的基礎上解決大問題，為公司節約大量的改造資金。