PLC系统在百米重轨吊运中的应用.pdf

2 0 1 1年第 1期 鞍 钢 技 术 ANGANG TECHN0L OGY 总第3 6 7期 ● ● ● ● ● ⋯⋯● ● ● - 一 ． f 生产实践 。‘ ● ● ⋯ ⋯● ●● ● ● ● P L C系统在百米重轨 吊运 中的应用 祝华宇 ， 邱娇 鞍钢股份有限公 司大型厂， 辽宁 鞍山 1 1 4 0 2 1 摘要 介绍了用于多台独立 吊车合车 吊运百米重轨 的 P L C控制 系统。 系统采用西门子 S I M A T I C s 7 P L C以及西门子 P R O F I B U S D P现场总线控制技术， 在多台吊车的 P L C之 间建立 PROFI BUS D P通 讯连接 ， 实现 P L C与 P L C之 间 的数据 传 输 ， 以及 P L C与 上 位机 监 控 站 的通 信 ， 使 多台独立 吊车在相互间没有任何物理联合的状 态下， 通过电气控制 系统实现动作 同步， 实现多台吊车联合 吊运百米重轨。 关键词 重轨 ； 现 场总 线 ； P R O F I B U SD P； P L C 中图分类号 T G 3 3 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 6 4 6 1 3 2 0 1 1 O 1 0 0 6 0 0 3 App l i c a t i o n o f PLC S y s t e m i n Swi ng i n g He a v y Ra i l、 t h 1 0 0 m Lo n g Z h u H u a y u ， Q i u J i a o H e a v y S e c t i o n M i l l o f A n g a n g S t e e l C o ． ，L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 ，L i a o n i n g ， C h i n a Abs t r a c t Th e PL C c o n t r o l s y s t e m f o r s wi n g i n g 1 0 0 m l o n g h e a v y r a i l s b y c o mbi ni n g wi t h mo r e i n d e p e n d e n t c r a n e s i s i n t r o d uc e d ．Th e s y s t e m a d o p t s t h e fie l d b us c o n t r o l t e c h n o l o g i e s for S I MATI C S 7 P LC a n d PROF I BUSDP d e v e l o p e d b y S I MMENS S O t h a t c o mmu n i c a t i n g c o n t a c t b y PROFI BUS - DP i s a c h i e v e d a mo n g PL Cs o f t h e i n d e p e n d e n t c r a n e s a nd d a t a t r a n s f e r r i ng f r o m P LC t o PL C i s r e a l i z e d．An d a l s o P LC c a n c o mmu n i c a t e wi t h t he mo n i t o rin g s t a t i o n o f t h e u p p e r c o mpu t e r S O t h a t 1 0 0 m l o n g h e a v y r a i l s c a n b e s wu ng b y c o mb i n i n g wi t h mo r e c r a n e s t h r o u g h e l e c t r i c c o n t r o l s y s t e m mo v i n g s y n c h r o n o u s wi t h o u t a n y p h y s i c a l c o mb i n a t i o n a mo n g t h e i n d e p e n d e n t c r a n e s ． Ke y wo r ds he a v y r a i l ；fie l d b u s；PROF I BUSDP；PLC 随着铁路运输的 日益发展 ， 钢轨的精度 、 长度 也在不断提高。特别是为了满足高速铁路发展的 需要 ， 重轨长度 已从原来的2 5 m发展到 5 0 m， 直 至如今 的 1 0 0 m。国内其它重轨钢厂在吊运百米 重轨时， 均采用专门设计并特制的吊车， 其它用途 有限。而鞍钢大型厂 吊运百米重轨时 ， 利用原先 3台单一普通的吊车， 加以控制系统升级 ， 采用西 门子 系列 P L C S 73 0 0以及 P R O F I B U S D P通 讯 技术 ， 实现 3台吊车联合 吊运百米重轨。本文介 绍 P L C 系统在百米重轨 吊运 电气控制系统 中的 祝华宇， 工程师 ， 2 0 0 0年毕业 于抚顺石油学 院工 业 自动化专 业 ， 现从事 电气设备技术管理工作。 一 6 0 一 应用情况。 1 系统需求 鞍钢大型厂百米重轨吊运系统是成品区域的 关键环节。百米重轨吊运系统功能是把百米重轨 从静止台架上用磁石将百米重轨吊起， 完成升降、 横移 、 下降动作后 ， 吊运到成品库的过程。包含 3 台独立 吊车 ， 如图 1 所示 。每台吊车都由 P L C、 磁 石、 司机驾驶室、 吊车大车机构、 吊车升降机构 ， 吊 车横移机 构 以及 配套 的 检测 、 驱动 装 置构 成。 P L C之间通过 P R O F I B U S D P实现联 网控制， 主 站通过 P R O F I B U S D P总线统一控制 3台吊车的 磁石 、 升降机构 、 横移机构的启／ 停， 统一完成百米 2 0 1 1年第 1期 鞍 钢 技 术 ANGANG TECHNOLOGY 总第3 6 7期 重轨 的 吊运 。 1 0 0 m 重轨 电源 线 图 1 吊车系统 示意图 2 P L C系统选 型配置及 功能 2 ． 1 P L C系统选 型 每台吊车都配有 1 套德国西门子 S 73 0 0系 列 P L C ， 具体模板为 可编程序控制器 s 7 3 1 5 2 D P； 电源模块 P S 3 0 7 5 A； 数字量输入模块 D I 1 6D C 2 4 V； 通讯模块 C P 3 4 1 一R s 4 2 2 ／ 4 8 5 ； 数字 量 输 出 模 块 D O1 6 X 继 电 器 输 出 AC1 2 0V ～ ； 数字量输 出模块 A O 21 2 B i t 。 2 ． 2 P L C系统 配置 3台吊车各配有 l套相 同选型及配置的 P L C 系统 ， 系统中每个模块都有其特定 的功能 ， 与吊车 上的驱动装置以及配套的检测装置相连接 ， 构成 了吊车电气控制系统。吊车 P L C系统框图见图2 因为 3个 P L C系 统相 同 ， 所 以图 2中 P L C 1 、 P L C 2模块下的连接 图省略 。 图 2吊车 P L C系统框 图 2 ． 3 P L C系统功能 P L C系统功能包括传动控制功能 、 位置控 制 功能以及通讯控制功能三部分 。 吊车驾驶室内的操作压扣 、 选择器 、 控制器 、 指示灯等器件 ， 直接接到 P L C上的 D I 1 6 X D C 2 4 V 和 D O 1 6 继 电器输 出 A C 1 2 0 V～模板上 ， 建立 吊 车控制 中心 。 2 ． 3 ． 1传动 控制 功 能 吊车升降机构 、 吊车横移机构小车的电机都 是交流 变 频 电机 ， 采 用 A B B变频 器进 行 控 制 ， A B B变频器与 P L C间通过 P L C数字模板 D O 1 6 x 继电器输 出 A C 1 2 0 V一以及 模拟 量模板 A O 2 1 2 B i t 进行变频器的启／ 停以及给定的点对点传动 控制。 2 ． 3 ． 2位 置控 制功 能 采用几组激光测距仪 ， 分别测量 吊车与吊车 间的距离 、 3台吊车横 移小车 的移动距离 以及 3 台吊车升降平台的移动距离。测距仪测得 的数据 通过 P L C C P 3 4 1 模板 的串行通讯采集到 P L C中 进行数据转化 ， 测距 仪所测得 的不 同位置在 P L C 中进行编程处理 ， 对 A B B变频器设定不 同的传动 速度 ， 形成位置闭环控制 ， 便于进行 吊车的控制及 定位。 2 ． 3 ． 3通讯 控 制功 能 本系统采用 的通讯方式有 3种 ， 一种是采用 C P 3 4 31模板作为以太网通讯接 口连接工程师 站监控控制系统 的状态 ； 一种是 C P 3 4 1的串行通 讯 ， 用于激光位置检测 ； 还有一种是 以 C P U 3 1 5一 一 6 1 祝华宇等 P L C系统在百米重轨吊运中的应用 鞍钢技 术 2 0 1 1 年 第 1期 总第 3 6 7期 2 D P自带的 D P端 口组态 P R O F I B U SD P主从通 讯， 与其它 2台 P L C间建立数据交换 ， 用于 3台吊 车之间的联合控制。 3 吊车操作方式 吊车操作方式有两种， 一种是单动操作方式 ， 另一种是联动操作方式。 3 ． 1 单动操作方式 3台吊车需各 自独立控制的时候， 每 台吊车 司机驾驶室操作盘上选择单动方式， 各 自的 P L C 就会根据吊车司机 的指令， 独立控制该 吊车的设 备运行 ， 与其它 吊车上 P L C之间没有数据交换 ， 相互之间没有影响。 3 ． 2 联动操作方式 在 3台吊车需要合车运行的时候， 在每台吊 车上司机驾驶室操作盘上 ， 选择联动方式 ， 连接上 通讯插头 ， 3台吊车上 的 3台 P L C间就会 采用 P R O F I B U S D P主从 通 讯 ， 一 台 吊车 上 的 P L C为 主站 ， 另两台吊车上的 P L C为从站， 3台 P L C间进 行数据交换 ， 以控制 3台吊车上 的设备动作 同步 吊车小 车走形 同步， 吊车 吊台升降 同步 ， 以满 足吊运 1 0 0 m重轨的需要。 4 P L C系统在重轨生产 中的应用 4 ． 1 工业 以太 网通讯 长期 以来 ， 以太 网通讯响应的不确定性是它 在工业现场设备中应用的主要障碍之一。随着交 换式集线器的使用 ， 交换式 以太 网及全双工 以太 网技术 的产生， 以太 网存在的不确定性 和实时性 欠佳的问题基本得到了解决 ， 给以太网进入实时 控制领域创造 了条件。本例中 C P 3 4 31模板作 为通讯接 口连接工程师站监控控制系统 的状态， 同时为远程监控提供接 口。 4 ． 2 P R O F I B U SD P通 讯 当 3台吊车需要合车运行时， 3台吊车上的 3 台 P L C间的通讯就显得 非常重要。该系统采用 P R O F I B U SD P主从 通 讯 ， 其 中一 台 P L C C P U 3 1 52 D P作 为 D P主站 ， 另 2台吊车上 的 P L C C P U 3 1 5 2 D P作为从站。 4 ． 2 ． 1 组 态网络 首先组态从 站， 在 S T E P 7中建立 S 7 3 0 0站 后， 双击 D Pma s t e r ， 在 “ o p e r a t i n g mo d e ” 中选择 一 62 一 D P s l a v e ； 在“ c o n f i g u r a t i o n ” 中选择 M S方式 ， 根据 P L C间需要进行通讯的变量数量， 定义从站接 口 区。本例 中定 义 i n p u t ／ o u p u t 变 量 数 量均 为 1 2 b y t e。 4 ． 2 ． 2建立主站 建立一个 s 7 3 0 0主站 ， 在 s 7 3 0 0主站建成 后 ， 在其中定义一条 P R O F I B U S网络， 在 c a t a l o g 硬 件选项中， 选中 C P U 3 1 X一 2 D P双击后 ， 建立起 1 个 S 7 3 0 0从站 ， 以同样方式建立起 2个 s 7 3 0 0从 站。分别双击这 2个从站， 在“ c o n n e c t i o n ” 中选择 在 3 ． 2中已组态 的从站 ， 按 “ c o n n e c t ” 进行连接。 再在“ c o n fi g u r a t i o n ” 选项 中， 组 态 主站侧 的接 口 区。编译存盘并下载到几个 P L C中 ， P L C间就可 以相互通讯 了。 4 ． 3 C P 3 4 1的串行通讯 R S一 2 3 2串行通讯是最常见的通讯方式。C P 3 4 1 可以与大量的带有串口的西 门子设备或非西 门子设备按照双方拟订的协议进行点对点通讯 ， 具有很大的灵 活性 。C P 3 4 1可 以通 过 3 9 6 4 R P R O C E D U R E与西 门子的 s 5等设备实现数据链 路层的通讯 ， 通过 A S C 1 1 D R I V E R与大量 的带有 串口的非西门子设备通讯 ， 通过 P R I N T D R I V E R 与串 口打 印设 备连 接， 其 中 A S C 1 1 D R I V E R和 P R I N T D R I V E R只定义在物理层 ， 3 9 6 4 R 定义了 数据链路层。本例 中采用 C P 3 4 1一R S 4 2 2 ／ 4 8 5型 模块 ， 通过信号电缆连接到激光测距仪上 ， 激光测 距仪通过专有软件的编程处理 ， 将测得的信号传 人 P L C系统中。 5结语 3台吊车通过 P L C系统 P R O F I B U SD P主从 通讯 ， 相互 间建立 了数据交换 ， 将各 自 P L C上 吊 车的信息状态进行汇总 ， P L C系统通过编程处理 ， 分配给 3台吊车相同的动作信号以及各 自合理的 速度 ， 就能够保持 3台吊车动作同步 、 一致 。多台 吊车合车统一控制重轨吊运项 目， 既能够满足百 米重轨生产的需要 ， 当吊车分开各 自独立运行时 ， 还能够满足 5 0 m及 2 5 m重轨吊装 的需要 ， 充分 合理利用了吊车资源 ， 很好地完成 了各种长度重 轨的吊装工作 。 编辑袁晓青 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 6