港口橋式起重機電氣控制系統(tǒng)遠程IO系統(tǒng)應(yīng)用探析

顧正歡

（上海振華重工（集團）股份有限公司陸上重工設(shè)計研究院，上海 200125）

港口橋式起重機電氣控制系統(tǒng)遠程IO系統(tǒng)應(yīng)用探析

顧正歡

（上海振華重工（集團）股份有限公司陸上重工設(shè)計研究院，上海 200125）

隨著我國經(jīng)濟貿(mào)易量逐漸增加，港口建設(shè)勢在必行。其中，對于舊港口的更新建設(shè)而言，橋式起重機的電氣控制系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，特別是對于中遠程I/O系統(tǒng)?；诖?，文章以港口橋式起重機電氣控制系統(tǒng)為研究重點，闡述了中遠程I/O系統(tǒng)通信原理，并對控制系統(tǒng)予以有效解構(gòu)，針對PLC系統(tǒng)配置狀況進行深入研究，以期進一步推進技術(shù)發(fā)展與實際應(yīng)用，實現(xiàn)經(jīng)濟貿(mào)易量的增加。

港口橋式起重機；電氣控制系統(tǒng)；中遠程I/O系統(tǒng)；應(yīng)用

I/O模塊通常被設(shè)置在電氣房內(nèi)部，是起重機電控系統(tǒng)的重要組成，和外圍限位以及其他元件進行連接，而且連接線始終是一對一直接連接。與此同時，所有的連線都會引入PLC柜當(dāng)中。在控制系統(tǒng)中，對遠程I/ O形式予以有效應(yīng)用，同多個機構(gòu)控制存在聯(lián)系的I/O模塊被分布安裝于各分機構(gòu)的控制柜當(dāng)中。需要注意的是，能夠就近和控制柜內(nèi)部的元件實現(xiàn)連線，最重要的是，各個分機構(gòu)限位信號也同樣會進入到不同機構(gòu)的遠程I/O分站中。基于此，遠程I/O和主站PLC控制柜主要是以單根電纜為基礎(chǔ)實現(xiàn)通信，并完成信息交換的任務(wù)。

1 中遠程I/O系統(tǒng)運行原理研究

從本質(zhì)上來講，中遠程I/O系統(tǒng)就是PLC控制網(wǎng)絡(luò)。在實際通信過程中，對周期I/O方式予以合理運用，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)內(nèi)容的有效交換。另外，按照主從方式落實存取控制，一般情況下會將PLC當(dāng)作主站，如果情況特殊還應(yīng)當(dāng)利用通信處理器，并將其當(dāng)做主站，而其他遠程I/O單元則發(fā)揮系統(tǒng)從站的作用。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)將緩沖區(qū)建立在主站當(dāng)中，同樣在實際工作當(dāng)中應(yīng)掃描用戶的相關(guān)信息內(nèi)容，但需要由CPU單元承擔(dān)。

與此同時，在處理工作過程中，對周期循環(huán)方式予以合理地運用，并根據(jù)特定順序以及從站實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的有效交換，最終將所獲取的信息存儲在緩沖區(qū)域內(nèi)部，為系統(tǒng)提供所需的服務(wù)。

2 本機控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本機控制系統(tǒng)PLC主要采用的是由西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列，與此同時，對FB遠程I/O予以合理運用。其中，遠程I/O和PLC變頻器間采用的是PROFIBUS總線，有效增強了數(shù)據(jù)的傳輸效果。與此同時，本機電氣設(shè)備在主梁內(nèi)設(shè)置了電氣房與司機室等等，進而利用司機室聯(lián)動臺實現(xiàn)對各機構(gòu)的操作目的。而在PROFIBUS協(xié)議當(dāng)中，將FMS操作省去，主要目的就是基于DP模式可以實現(xiàn)更多用戶數(shù)據(jù)的有效傳輸，而且總線耦合器的類型能夠滿足128B輸入與128B輸出的要求。

而40/10t動雙梁橋式起重機的構(gòu)成相對簡單，一般組成部分包含了主、副起升系統(tǒng)與大車機構(gòu)以及小車機構(gòu)。其中，驅(qū)動系統(tǒng)所采用的是G7變頻裝置，而控制系統(tǒng)則是可編程控制器的一種，通常被稱之為PLC。在此基礎(chǔ)上，對HMI觸摸屏信息管理系統(tǒng)進行了有效應(yīng)用。設(shè)備主機采用的是S7-300系列與FB遠程I/O。除此之外，主機、遠程I/O與變頻器間采用的是PROFIBUS總線，進一步增強了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?/p>

設(shè)備電氣裝置主要集中在司機室與主梁內(nèi)電氣房當(dāng)中，而實踐工作的開展，工作人員能夠?qū)λ緳C室內(nèi)部的聯(lián)動臺進行操作，以完成工作任務(wù)。針對電氣控制系統(tǒng)來講，其中主要涵蓋了副起升控制柜、電源與大、小車控制柜等等。除此之外，將PLC設(shè)置在司機室內(nèi)，并在其他控制柜當(dāng)中都構(gòu)建起遠程I/O的分站。圖1表示的是PLC系統(tǒng)配置圖示。

其中，小車機構(gòu)主要通過對變頻器的運用控制電機，如果主機與變頻器要實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享的情況，應(yīng)當(dāng)與PROFIBUS實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與更新的目的。與此同時，柜內(nèi)也設(shè)置出遠程I/O分站。具體功能就是采集小車機構(gòu)輔助信號、外圍限位信號與總接觸器信號。針對主起升機構(gòu)來講，對電機進行控制的過程中，需要采取變頻控制器操作，而實現(xiàn)主機與變頻控制器的數(shù)據(jù)交換目的。另外，將主起升機構(gòu)I/O分站設(shè)置在柜內(nèi)，進而采集多個設(shè)備所產(chǎn)生的信號，為系統(tǒng)安全運行提供保障，增強電機控制的有效性，使得操作更加合理與及時。

圖1 整機PLC系統(tǒng)配置圖示

將主站設(shè)置在司機室內(nèi)部，包含通信模塊以及CPU，但并未將I/O模塊進行設(shè)置。所以，與其他的控制柜對比，實際體積更小。在此基礎(chǔ)上，將I/O模塊設(shè)置在聯(lián)動控制臺內(nèi)部，并不具備供電電源，因而全部線路會在聯(lián)動臺內(nèi)部實現(xiàn)連接目的，對通信線路予以合理利用，更好地實現(xiàn)信息傳遞的目的。

而本機遠程I/O則采用過程自動化產(chǎn)品，是FB系列中的一種。因產(chǎn)品的質(zhì)量較高且與港口橋式起重機要求相吻合，因而實際的使用范圍相對廣泛。而FB遠程I/O對總線技術(shù)予以合理地運用，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器以及執(zhí)行機構(gòu)同時與控制系統(tǒng)相連。而遠程I/O總線耦合器，則是將自動化系統(tǒng)要求作為重要基礎(chǔ)展開特殊性的設(shè)計工作，針對性較強，且效果理想，實際應(yīng)用十分靈活與方便，備受技術(shù)工作人員認可。而在PROFIBUS協(xié)議當(dāng)中將FMS操作步驟去除，能夠?qū)φ麢C與DP模式的用戶數(shù)據(jù)進行傳輸，一定程度上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸量的增加。值得注意的是，這種類型的總線耦合器，在輸入量與輸出量方面能夠?qū)崿F(xiàn)較大字節(jié)，所以實際的工作效率也隨之提高。

最后，系統(tǒng)本身采用型號是3120總線耦合器，所以能夠與總線耦合器寄存器直接連接，同樣還能夠在總線端子當(dāng)中完成數(shù)據(jù)連接。整個過程中，能夠針對參數(shù)展開適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)改變并調(diào)整總線端子模塊極限數(shù)值的目的，一定程度上增強了工作的靈活程度，并提高了效率。而以上功能同樣是傳統(tǒng)設(shè)備不具備的，在實際設(shè)計過程中充分彌補了傳統(tǒng)方式的不足之處，使得作用效果不斷增強。

圖2 組態(tài)過程圖

3 本機控制系統(tǒng)網(wǎng)路組態(tài)的狀況分析

主機系統(tǒng)是通過西門子Step軟件來完成組態(tài)任務(wù)，而具體的操作過程可以由圖2表示出來。

在上述步驟完成以后，要合理配置網(wǎng)絡(luò)并重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。在此過程中，可以點擊PROFIBUS并設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)屬性。在構(gòu)建全新網(wǎng)絡(luò)以后，添加所需從站，節(jié)省不必要的步驟。另外，遠程I/O系統(tǒng)被應(yīng)用在本機當(dāng)中，在線號線控制方面對PROFIBUS進行了應(yīng)用，有效減少了各柜間的線路長度，且工作量不斷降低，這一定程度上加快了工作進度。與此同時，機構(gòu)內(nèi)部各遠程PROFIBUS都能夠獨立輸入亦或是輸出數(shù)據(jù)，為后期維護與檢修工作的開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。在投入實際使用過程中，若系統(tǒng)仍需改進，僅針對部分設(shè)備與機構(gòu)改進就可以，無需采取大修大改的方式。中遠程I/O系統(tǒng)能夠在多種規(guī)模系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用，在與I/O模塊搭配方面靈活性十分明顯。在構(gòu)建完成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)之后，將全部DP從站添加進去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置合格以后，即可在主機中完成下載。

4 結(jié)語

上文針對中遠程I/O系統(tǒng)運行的基本原理與控制系統(tǒng)的構(gòu)成，還有網(wǎng)路組態(tài)等問題展開了深入研究與分析，并對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)予以探討，進一步了解控制系統(tǒng)的主要原理，把控工作方式，為后期維修與系統(tǒng)更新工作的開展提供了有力保障。而在科技水平提高的基礎(chǔ)上，該技術(shù)同樣會實現(xiàn)全新的發(fā)展，使得港口起重機工作的效率不斷提升。

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