岸边桥式集装箱起重机PLC程序的设计与实现
日期：2009-3-27 23:20:22 来源：中国自动化网
点击： 作者：
点击： 作者：
点击【 大 中 小 】放大字体.
1.概述
控制系统可靠，方便等特点，其已在集装箱起重机上广泛使用，目前已取代了早期的继电器控制回路系统。同时由于总线系统的发展，PLC所需采集的各类开关，传感器信号可以通过远程I/O站实现，大大节省了电缆布线成本，也节约了故障查询时间。本文主要阐述的就是岸桥控制系统的核心内容设计：岸桥PLC程序的设计与实现。
在这套系统中，控制系统的主要元件PLC是采用了SIEMENS公司的S7-400作为PLC主站，ET200作为远程模块站。整个系统通过PROFIBUS总线将PLC主站与各远程模块站及控制传动机构的变频器相连，见如下单线图1-1所示：
图1-1：以PLC为核心的岸桥电气控制系统图
图1-1中，S7-400 PLC是整个系统的核心所在，它有两个PROFIBUS总线接口，一条总线连接所有传动机构变频器（变频器由整流器与逆变器组成），这样一来变频器所需要的命令，运行状态的反馈等信号均可以通过PROFIBUS通讯来实现。另一条总线则连接所有的I/O远程站，实现采集信号和输出信号，大大节约了布线。PLC同时也带有以太网接口，可以方便的与计算机连接，这样一来工程技术人员可以通过计算机的人机界面来监控岸桥的运行，同时该计算机也可以作为编程器，用来配置PLC硬件，修改PLC程序。
对岸桥的PLC系统来说，其需要控制的内容有岸桥的起升, 大车, 小车, 俯仰这四个主要机构的运行与辅助机构的运行，四个主要机构都有相同的运行过程，如下图2-1所示：
图2-1：岸桥主要机构运行过程
因此在这过程中的“是否满足运行条件”与“是否存在减速命令”是编写岸桥PLC程序所必须清楚的情况，我们在这里必须通过工况分析，有了清楚的了解之后，才能正确的编写程序。以下我们将以起升机构为例，对工况进行详细的分析。
起升机构的主要作用是通过钢丝绳与吊具上的滑轮将吊具作上下的移动。当吊具吊了集装箱之后，集装箱就可以通过起升机构实现上下移动，比如将集装箱从船舱或集装箱卡车上提取。起升机构的组成除了吊具与钢丝绳之外，还包括两套并行连接的机械传动装置，每套传动装置的组成如图2-2所示：有一个交流电机联接一个减速箱。在电机与减速箱之间的主轴上装有一个液压推杆盘式制动器。电机非驱动侧出轴安装有测速编码器和超速开关。在卷筒的一侧出轴上装有一个凸轮限位开关。
图2-2：起升传动机构组成
起升机构运行过程控制如下：
lPLC采集司机发出的运行指令及速度给定指令。
l通过PLC程序进行逻辑判断，判断是否满足“运行允许”的情况。
l如果PLC程序逻辑判断满足“运行允许”的情况，接下来要进行的就是起升速度的处理，其处理如下：
n如果不存在减速运行命令，则传动机构按司机给定的速度运行。
n如果PLC收到减速运行信号，PLC则将速度处理为司机给定速度的10%。
l最终，PLC需将这些运行命令，运行速度通过PROFIBUS总线传输给变频器，变频器带动电机运行，实现起升机构的运行。
在编写PLC程序之前，对于I/O 变量, 由于其在原理图上已定义, 我们可以先将其在SYMBOLS中输入。
图2-1：SYMBOLS表
下面我们以起升机构为例, 编写一段岸桥起升运行程序。
步骤一：编写“起升允许”程序。我们编写的“起升允许”程序如下图2-2所示：
图2-2：编写 “起升允许”程序
步骤二：编写“起升命令控制”程序。当起升机构满足了“起升允许“，PLC就可以发出起升向上/下的命令。如图2-3所示：
图2-3：起升运行命令
步骤三：编写“起升速度的控制”程序。在这段程序中：当司机在驾驶室把控制电源合上，并发出起升命令，如果有减速命令存在，则将给定值变为原来的10%，程序如下图2-4所示。
图2-4：速度给定信号处理
步骤四：编写“起升命令与速度控制”程序。以上的程序完成了岸桥起升运行的命令和速度给定的产生，最终我们就是要将这命令与速度给定通过PROFIBUS总线传输给变频器，如图2-6是调用了西门子公司功能块库中的一个PROFIBUS数据传送功能块PCD_SEND，用来传送数据块DB123中的16个字。。
图2-5升命令与速度控制
图2-6总线数据传输
以上分析了岸桥起升机构的程序编写，与起升机构的程序类似, 岸桥的大车, 小车, 俯仰机构程序也要处理运行允许, 命令与速度给定，数据传输等。为了使整个项目程序结构清晰，我们将各个功能细分，如下图3-14所示是：主要机构运行控制的功能FC，以及用于命令与速度给定传输的PROFIBUS总线数据传输功能块FB：
图2－7：岸桥主要机构对应功能FC
这些功能FC的作用如下：
l FB22 起升/大车1#变频器PROFIBUS总线数据传输
l FB23 起升/大车2#变频器PROFIBUS总线数据传输
l FB24 小车/俯仰变频器PROFIBUS总线数据传输
l FC31 起升运行控制
l FC41 大车运行控制
l FC51 小车运行控制
l FC61 俯仰运行控制
在岸桥上还有一些辅助机构需由PLC程序来控制。这些功能FC如下图2-8所示：
图2-8：辅助机构控制
这些功能FC的作用如下：
l FC12 投光灯，空调的启动，停止控制。
l FC13 风速处理：当风速达到警报值时发出信号。
l FC16 指示灯显示：控制各个操作站的指示灯。
l FC34 起升编码器位置处理：判断起升上下的停止，减速位置等。
l FC36 负载重量处理：判断负载是否超过额定。
l FC54 小车编码器位置处理：判断小车前后的停止，减速位置等。
l FC63 俯仰编码器位置处理：判断俯仰上下的停止，减速位置等。
l FC71 吊具控制：吊具在起吊集装箱时的控制，如吊具锁头的开闭功能
结合岸桥主要机构，辅助机构控制的功能FC，以及PROFIBUS总线通讯数据传输的功能块FB等，完成了岸桥PLC程序的设计。
在岸桥的PLC程序编写完成后，我们随即在岸桥上进行了调试，由此发现了程序的统一性问题，该问题是这样的：我们所进行的这个项目有12台岸桥，在岸桥上，有些数据的定义需根据现场的实际情况来定义，举一简单的例子：
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
1.概述
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
控制系统可靠，方便等特点，其已在集装箱起重机上广泛使用，目前已取代了早期的继电器控制回路系统。同时由于总线系统的发展，PLC所需采集的各类开关，传感器信号可以通过远程I/O站实现，大大节省了电缆布线成本，也节约了故障查询时间。本文主要阐述的就是岸桥控制系统的核心内容设计：岸桥PLC程序的设计与实现。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
在这套系统中，控制系统的主要元件PLC是采用了SIEMENS公司的S7-400作为PLC主站，ET200作为远程模块站。整个系统通过PROFIBUS总线将PLC主站与各远程模块站及控制传动机构的变频器相连，见如下单线图1-1所示：
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
图1-1：以PLC为核心的岸桥电气控制系统图
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
图1-1中，S7-400 PLC是整个系统的核心所在，它有两个PROFIBUS总线接口，一条总线连接所有传动机构变频器（变频器由整流器与逆变器组成），这样一来变频器所需要的命令，运行状态的反馈等信号均可以通过PROFIBUS通讯来实现。另一条总线则连接所有的I/O远程站，实现采集信号和输出信号，大大节约了布线。PLC同时也带有以太网接口，可以方便的与计算机连接，这样一来工程技术人员可以通过计算机的人机界面来监控岸桥的运行，同时该计算机也可以作为编程器，用来配置PLC硬件，修改PLC程序。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
2.岸桥 PLC程序编写
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
对岸桥的PLC系统来说，其需要控制的内容有岸桥的起升, 大车, 小车, 俯仰这四个主要机构的运行与辅助机构的运行，四个主要机构都有相同的运行过程，如下图2-1所示：
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
图2-1：岸桥主要机构运行过程
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
因此在这过程中的“是否满足运行条件”与“是否存在减速命令”是编写岸桥PLC程序所必须清楚的情况，我们在这里必须通过工况分析，有了清楚的了解之后，才能正确的编写程序。以下我们将以起升机构为例，对工况进行详细的分析。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
2.1 桥起升机构工况分析
2.1.1．岸桥起升机构的组成
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
起升机构的主要作用是通过钢丝绳与吊具上的滑轮将吊具作上下的移动。当吊具吊了集装箱之后，集装箱就可以通过起升机构实现上下移动，比如将集装箱从船舱或集装箱卡车上提取。起升机构的组成除了吊具与钢丝绳之外，还包括两套并行连接的机械传动装置，每套传动装置的组成如图2-2所示：有一个交流电机联接一个减速箱。在电机与减速箱之间的主轴上装有一个液压推杆盘式制动器。电机非驱动侧出轴安装有测速编码器和超速开关。在卷筒的一侧出轴上装有一个凸轮限位开关。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
图2-2：起升传动机构组成
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
2.1.2.岸桥起升机构的运行控制
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
起升机构运行过程控制如下：
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
lPLC采集司机发出的运行指令及速度给定指令。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
l通过PLC程序进行逻辑判断，判断是否满足“运行允许”的情况。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
l如果PLC程序逻辑判断满足“运行允许”的情况，接下来要进行的就是起升速度的处理，其处理如下：
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
n如果不存在减速运行命令，则传动机构按司机给定的速度运行。
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
n如果PLC收到减速运行信号，PLC则将速度处理为司机给定速度的10%。
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
l最终，PLC需将这些运行命令，运行速度通过PROFIBUS总线传输给变频器，变频器带动电机运行，实现起升机构的运行。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.2 程序编写
2.2.1.Symbol表的编写
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
在编写PLC程序之前，对于I/O 变量, 由于其在原理图上已定义, 我们可以先将其在SYMBOLS中输入。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
图2-1：SYMBOLS表
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
2.2.2.岸桥起升运行程序
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
下面我们以起升机构为例, 编写一段岸桥起升运行程序。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
步骤一：编写“起升允许”程序。我们编写的“起升允许”程序如下图2-2所示：
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
plcjs.技.术_网
图2-2：编写 “起升允许”程序
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
步骤二：编写“起升命令控制”程序。当起升机构满足了“起升允许“，PLC就可以发出起升向上/下的命令。如图2-3所示：
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
图2-3：起升运行命令
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
步骤三：编写“起升速度的控制”程序。在这段程序中：当司机在驾驶室把控制电源合上，并发出起升命令，如果有减速命令存在，则将给定值变为原来的10%，程序如下图2-4所示。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
图2-4：速度给定信号处理
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
步骤四：编写“起升命令与速度控制”程序。以上的程序完成了岸桥起升运行的命令和速度给定的产生，最终我们就是要将这命令与速度给定通过PROFIBUS总线传输给变频器，如图2-6是调用了西门子公司功能块库中的一个PROFIBUS数据传送功能块PCD_SEND，用来传送数据块DB123中的16个字。。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
图2-5升命令与速度控制
plcjs.技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
图2-6总线数据传输
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2.2.3.岸桥主要机构程序对应的功能FC（Function）
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
以上分析了岸桥起升机构的程序编写，与起升机构的程序类似, 岸桥的大车, 小车, 俯仰机构程序也要处理运行允许, 命令与速度给定，数据传输等。为了使整个项目程序结构清晰，我们将各个功能细分，如下图3-14所示是：主要机构运行控制的功能FC，以及用于命令与速度给定传输的PROFIBUS总线数据传输功能块FB：
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
图2－7：岸桥主要机构对应功能FC
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
这些功能FC的作用如下：
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
l FB22 起升/大车1#变频器PROFIBUS总线数据传输
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
l FB23 起升/大车2#变频器PROFIBUS总线数据传输
plcjs.技.术_网
l FB24 小车/俯仰变频器PROFIBUS总线数据传输
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
l FC31 起升运行控制
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
l FC41 大车运行控制
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
l FC51 小车运行控制
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
l FC61 俯仰运行控制
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.2.4.岸桥辅助机构的运行程序
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
在岸桥上还有一些辅助机构需由PLC程序来控制。这些功能FC如下图2-8所示：
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
图2-8：辅助机构控制
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
这些功能FC的作用如下：
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
l FC12 投光灯，空调的启动，停止控制。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
l FC13 风速处理：当风速达到警报值时发出信号。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
l FC16 指示灯显示：控制各个操作站的指示灯。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
l FC34 起升编码器位置处理：判断起升上下的停止，减速位置等。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
l FC36 负载重量处理：判断负载是否超过额定。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
l FC54 小车编码器位置处理：判断小车前后的停止，减速位置等。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
l FC63 俯仰编码器位置处理：判断俯仰上下的停止，减速位置等。
plcjs.技.术_网
l FC71 吊具控制：吊具在起吊集装箱时的控制，如吊具锁头的开闭功能
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
结合岸桥主要机构，辅助机构控制的功能FC，以及PROFIBUS总线通讯数据传输的功能块FB等，完成了岸桥PLC程序的设计。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
3 PLC程序统一性问题
3.1.1 PLC程序统一性问题的发现
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
在岸桥的PLC程序编写完成后，我们随即在岸桥上进行了调试，由此发现了程序的统一性问题，该问题是这样的：我们所进行的这个项目有12台岸桥，在岸桥上，有些数据的定义需根据现场的实际情况来定义，举一简单的例子：
本新闻共2页,当前在第1页1 2
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
上一篇: 控制系统设计仿真测试解决方案下一篇: 如何设计工业以太网的实时性
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行