西门子6ES7223-1BM22-0XA8详细资料

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引言：

     位于福建漳州的华阳后石电厂是台湾台塑集团旗下华阳电业在大陆投资大的发电项目。目前总装机容量为7*600mw,前6台机组为美国或日本全进口设备，7号机组采用国产设备。其中除渣系统包含渣井，捞渣机，碎渣机，一级皮带机，二级皮带机，三级皮带机，渣仓，循环水系统，排污泵等设备。上述机械设备全部由山西省电力公司电力设备厂为其提供，配套的控制系统人机使用台湾eview触摸屏和美国ab公司 mictologix1500系列plc实现，并通过工业以太网与上位机通讯，设备实时状态显示和设备的操控也可在上位机实现。

一、       控制系统硬件构成：

     后石电厂前6台机组控制系统全部使用ab公司各系列的plc，考虑全厂控制系统的兼容性和设备维护的统一性，电厂指定除渣系统控制依然选用ab公司的plc。本套除渣系统需控制的设备共有18台套，主要为开关量信号。其中数字量输入（di）点数为156点，数字量输出（do）点数为52点，模拟量输入（ai）点数为5点，模拟量输出ao点数为1点。根据满足工程需要又留有适当余量的设计原则，plc选型定为micrologix1500系列plc，人机界面使用台湾eview mt510触摸屏实现。控制系统主要清单如下：

设备名称

模块型号

设备个数

cpu主模块

1764-24bwar

1

数字量输入（di）模块

32

5

数字量输出（do）模块

1769-ow16

3

模拟量输入（ai）模块

1769-if4

2

模拟量输出（ao）模块

1769-of2

1

以太网通讯模块

1761-net-eni

1

触摸屏

mt510

1

二、      软件设计

     micrologix系列plc具有很高的可靠性，上述所有硬件的平均无故障时间（mtbf）与同类工控产品相比高出了10多倍。满足了业主对本套控制系统高度可靠性的要求。通讯方面，所选cpu具有2个通讯口，一个用于连接触摸屏，一个连接以太网通讯模块，实现全厂控制系统以太网通讯连接。

硬件系统图如下所示：

1.      人机界面组态

     人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动`，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少plc控制器所需的i/o点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。mt510系列触摸屏是专门面向plc应用的，人机界面的组态使用维纶公司的easybuilder2.7组态软件，该组态软件为全中文界面，具有比较全面的功能，除了一般人机功能如：指示灯、开关和数据显示和数据输入及报警功能外，它还有下列特有功能：

n        同时开启多个弹出窗口

n       可以制作和bbbbbbs系列操作系统一样的任务栏和快选窗口工作按钮

n       256色显示方式使触摸屏的表达更加丰富多彩，效果胜人一筹

上述功能在这个工程中都得到了充分应用。

后石电厂除渣系统工艺流程如下： 

依据上述工艺流程，人机界面主画面设计如下所示：

     在主画面上可以清晰掌握所有设备的当前情况，符合运行人员的操作习惯和设备状态显示习惯。设备按钮上方三盏指示灯为状态指示灯。盏状态指示灯显示红色表示设备运行，第二盏状态指示灯显示绿色表示设备停止。第三盏状态指示灯显示黄色表示设备故障。几个模拟量的实时显示如渣仓料位、捞渣机速度、水温、补水阀的开度。点击相应设备文字按钮进入该设备的控制界面。在设备控制界面内可以控制该设备或查看设备的状态和故障信息，如捞渣机控制界面如下：

     在捞渣机控制画面内，根据设备状态，确认没有各种故障后，首先选择“手动”模式，然后就可以起动捞渣机，捞渣机刮板转动动力来自液压站。液压站提供高压动力油驱动液压马达旋转继而带动捞渣机刮板转动。动力站油泵运行后，在人机界面上设置运行速度0%-，plc对应输出4-20ma线性信号给比例放大板，比例放大板根据调速信号控制比例阀的开度，调节单位时间进入液压马达内腔的油量，实现液压马达的无级变速。运行中如果捞渣机链条故障，捞渣机停机，故障信息列表内的“链条故障”指示灯显示黄色并且闪动，提示运行人员故障发生点。液压站的其他故障都有相应的指示，界面接单明了。

2.      plc程序的编制

      除渣系统plc的程序编制使用ab公司的rslogix500编程软件，根据上述工艺，设备控制主要为顺序控制和一般连锁控制。根据运行人员现场要求和程序编制简单易读的原则，编程语言使用梯形图。梯形图语言是一种逻辑电路语言，通俗易懂，具有逻辑电路知识和电气控制知识的人员都能读懂程序。为了使程序清晰易读plc的程序设计包含一个主程序和八个子程序，主程序作用是调用7各子程序。7个子程序分别是：捞渣机控制子程序，碎渣机和12号推杆控制子程序，123级皮带机和渣仓控制子程序，水系统控制子程序，故障处理子程序，顺序控制子程序，上位机通讯子程序。主要子程序的功能叙述如下：

n        捞渣机控制子程序流程如下：

n        链条自动张紧控制子程序流程：

n        顺序控制子程序流程：

n       通讯子程序内将设备故障字、状态字及控制字映射到上位机组态软件的相应字中，实现就地plc与上位机的通讯连接。从而在上位机上可以操作设备，监视设备状态，显示设备故障信息。

三、       系统的通讯介绍

       micrologix 1500plc具有强大的通讯功能，自带两个硬件电气特性为rs-232的通讯口，两个通讯口支持多种通讯协议。

n        df1全双工通讯协议

n        df1半双工通讯协议

n       dh-485通讯协议，通过aci+转换器

n        modbus rtu从通讯协议

n        ascii通讯协议

n       ethernet/ip通讯协议,通过以太网模块

     触摸屏与plc的通讯使用ab公司的df1全双工通讯协议,触摸屏自身集成了支持这种通讯协议的驱动程序。在组态人机界面时，触摸屏的协议选择df1全双工通讯协议,波特率、停止位，校验位选择与plc通讯设置相同并下载至触摸屏后。二者就可轻松实现通讯。

      plc与上位机的通讯使用ethernet/ip通讯协议通过以太网模块实现，以太网模块的通讯参数设置使用eni/eniw配置软件，该软件在abguanfangwangzhan可以免费获得。配置软件中tcp/ip参数设置包括ip地址，子网掩码和网关，然后下载到以太网模块中就可以实现与上位机的通讯。通讯连接后可以在上位机编程、下载和上载程序，十分方便。

 本文针对传统的由继电器接触器控制的塔式起重控制系统可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点提出将可编程序控制器和变频器应用于其控制系统.在塔式起重机提升机构加上一套由旋转编码器、pg数模转换构成变频器闭环系统.结果表明：该系统使用方便，具有良好的动态调整性能,极大提高了系统的稳定性、可靠性.

关键词：可编程序控制器;塔式起重机;稳定性

1. 传统的塔式起重机的控制现状

　　塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程，如今已达到发达国家水平并跻身于当代国际市场.随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求.于是，160tm附着式、45tm内爬式、120tm自升式等都由我国自己设计并制造;八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用大的250tm塔机也应运而生.进入九十年代，现代化进程不断加快，国内外市场对塔机要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等不断增加，市场的要求加快了新产品开发的力度mmsonline.com.cn，先后有400tm、900tm水平臂和300tm动臂式塔机[1，、2>.90年代开发生产的塔机产品技术性能均显著提高，起升机构采用三速电机驱动、涡流制动、电动换挡减速箱，变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动，或采用变频调速，有多种速度，工作平稳生产效率高.安全装置齐全，动作灵敏可靠，装有防止误操作和野蛮操作装置，可杜绝安全事故[2>.

　　随着功率电子技术的发展，早在六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究.目前，该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段.可编程序控制器plc引入到交流电气传动系统后[3，4>，使传动系统性能发生了质的变化.在塔式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等，达到了新的技术高度.

　　由变频器构成的交流调速系统可取代直流调速系统，是随着计算机技术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然结果，符合起重机的发展趋势，适合发展大起重重量的起重机.

2. 塔式起重机plc控制系统原理

　　本系统将塔式起重机控制系统由继电器控制改为plc控制，四大机构调速均采用变频调速.塔式起重机控制系统的系统总框图如图1所示[5，8，9>.

　　塔式起重机的起升、变幅、回转、运行电动机都需要独立运行，整个系统由6台电动机和4台变频器传动，使用一台plc加以控制.

图1 系统总框图

　　运行机构的起动时间应尽量符合实际需要，起动迅速而平稳;机构的电气制动方式必须着重考虑.对不同的工况，可选择自由制动方式与强制制动方式.在运行机构正常停止时www.iianews.com，可选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满足司机操作塔式起重机的需要为主.为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，可以通过设定机械制动器的打开时间、变频器的低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求.变频器内部参数的设定能保证机构具有良好的调速精度及起制动性能，由于起升机构电机需使用脉冲编码器作为速度反馈装置.通过测量脉冲编码器的脉冲数，利用二者之差控制电机的速度，所以选择脉冲编码器及其安装时，应当考虑周全[6，7，10>.

系统软件设计

　　根据塔式起重机控制电路的工作原理，绘制软件流程图如图2所示.

图2 系统软件流程图

　　在本系统中，plc程序设计的主要任务是接受外部开关信号（按钮、联动控制台继电器）的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器等器件，以完成相应的控制任务。

　　系统部分梯形图如图3所示.

图3 梯形图

5. 结论

　　本文设计的塔式起重机plc控制系统在实验室调试以后，已成功应用于长沙某大型起重机公司，系统经过六个月的连续运行，从未发生一次故障，与传统的塔式起重机控制系统相比较，具有以下优点：

　　1. 使用方便;

　　2. 具有良好的动态调整性能;

　　3. 极大提高了系统的稳定性、可靠性;

　　4.每年可节约维修成本1万元左右（据使用该塔机的公司粗略统计，与之前相比，经济效益每年可提高50多万元），运行效率极大地得到了提高.

　　经实践证明：本系统的设计是行之有效的，具有良好的应用价值.

　　本文创新点：对传统的继电-接触器控制的塔式起重机进行改造，设计了一套基于plc的塔式起重机控制系统iianews.com，已投入使用.实践证明：该系统使用方便，具有良好的动态调整性能,极大提高了系统的稳定性、可靠性.