6ES7216-2BD23-0XB8正规授权

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 引言
    三峡MQ2000型高架门机（以下简称高架门机）作为原电力部机械制造局的重点项目，从上世纪90年代初开始调研、设计，当时的设计指导思想是立足国产，创国内，为三峡工地提供先进、可靠、使用维护方便的优质产品。高架门机自1995年底在吉林水工机械厂完成整机出厂调试，1996年开始用于三峡工地，至今已有7年多，为三峡工程的建设作出了应有的贡献。高架门机的主要技术指标见表1。

2 电机与调速方案
    高架门机有起升机构、变幅机构、回转机构和大车机构，其中起升机构、变幅机构和回转机构采用直流电动机加可控硅整流的调速方案，大车机构则采用交流电动机加液力耦合器的方案。
    根据当时国情，直流电机采用上海南洋电机厂引进国外先进技术生产的Z4系列直流电动机。高架门机的起升机构在安装功况小幅度时大起重量为63t，额定速度为28m/min，而在浇筑功况时，满罐（20t）时要求速度为63m/min，空罐（5.6t）时则为100m/min，调速范围很宽。因而在安装功况，采用改变电枢电压的恒转矩调速方案，而在浇筑功况，当电机超过额定速度后采用减少励磁电流的弱磁升速恒功率调速方案。
    可控硅整流装置则采用当时国内先进的由天津三开厂与德国西门子合资生产的6RA22系列全数字直流调速装置。整个控制系统的控制与调节都由16位的微处理器来实现。一个带有数字显示器的参数设定单元，不再需要其它的附加设备，便可完成参数的设定与调试。电枢由两个反并联无环流三相全控桥供电，为电枢可逆系统，并有较宽的弱磁调速范围。由于采用微机控制，使系统的调试过程大为简化，既可根据经验进行手动优化，也可通过一个调用参数对电流调节器、速度调节器及励磁特性曲线进行自动优化，从而实现佳控制。装置还具有完善的故障诊断、报警、显示和保护功能。
3 PLC硬件配置与应用软件
3.1 PLC
    采用日本光洋电子（无锡）有限公司生产的SU-6型PLC，硬件配置见图1。
    司机室与电气房各装一套PLC，利用一对一方式通讯，节省了大量的控制电缆，便于安装、维护，提高了可靠性。

3.2 GV50-E型触摸显示屏
    由于三峡地区雾多，能见度差，视觉存在死角（看不到吊钩），在司机室联动台配置了一台触摸显示屏，能实时动态以图形和数字同时显示整机状况，如时间、吊钩高度、回转角度、变幅幅度等，出现故障时能同时显示故障代码，如图2所示。根据需要，还可切换显示。

    高架门机的回转机构可360°回转，变幅机构只能在小幅与大幅之间运行，从俯视图上看，吊钩可处于小幅一个圆与大幅一个圆之间360°任一位置，吊钩的高度则用棒形图来表示。
    由于GV50-E触摸显示屏图库较简单，变幅与回转的吊钩俯视位置需逐点手动生成。先将回转光电编码器360°回转变化值分成64个区域，再将变幅光电编码器从小幅至大幅的变化值分成16份，然后逐点输入至显示屏。当变幅与回转机构动作时，通过对相应光电编码器的数据计算，图2上的吊钩俯视位置即相应变化。吊钩高度用棒形图显示则较简单，只要将起升低位置和高位置的光电编码器数据置入棒形图的低点和高点即可。当起升机构动作时，吊钩高度即相应变化。
3.3 带值编码器的主令开关
    当时国内产的主令开关一般都是节点式的，个别也有带电位计的，但在繁重工况下，一般在一年左右就会损坏。因而我们专门配置了带值编码器的主令开关。值编码器在一圈内数据从0~255变化，主令开关在零位与正、反大值之间使编码器各转160度左右，也就是使主令开关在零位及正、反大位置之间约有100个点，相当于无级调速。由于编码器选用坚牢型、无接触磨损、可靠性高，从而提高了主令开关的寿命。另配有专门开发的软件，使值光电编码器在安装时无需对准数据位置，下面以升降主令编码器为例加以说明，参见图3。

    值编码器安装固定后，其升降对应的旋转方向是固定的，本例中对应降方向，值编码器的数据为增加方向，中间有可能增至255后突变至0，再从零开始增加。主令开关在零位时对应的数据可能是0~255中的任一个。在设置方式下，只要将主令从零位往升方向至大值，再往降方向至大值，PLC就能自动得出数据寄存器R2101~R2104的数据。从而计算出升区间长度R2105和降区间长度R2106。进而计算出主令手柄位置在升或降区间的相对长度值，就可换算成相应的速度给定值。计算流程图参见图4（R2100存放当前主令位置对应的编码器数据）

3.4 PLC增量给定
    采用西门子6RA22系列全数字式可控硅直流调速装置，利用PLC的D/A模块输出作为调速装置的速度给定，机构的恒定加速度通过PLC增量形式给出。通过“安装/浇筑”工况方式转换开关，可方便地调整机构的加速度，如安装时起升速度高为28m/min，加速时间为5s，浇筑时再结合重量传感器及电机电流等参数，使满载起升速度为63m/min，空载自动为100m/min，为提高生产率，加速时间则缩短为3s，兼顾了安装时所需的平稳及浇筑生产时的高效，参见图5。增量计算流程图见图6。

    用增量给定除了可改变电机的加减速度，还可通过判断目标值是否等于当前给定值来确认电机是处于加速还是匀速状态，从而可利用电机电流等参数来计算吊钩下负荷大小，再对力矩保护曲线线性插值，计算出允许力矩值，作后备力矩超载保护。
3.5 抱闸控制软件
    配有专门开发的位势负载抱闸控制软件，当电机电流大于设定值时才允许抱闸打开，防止溜钩；停机时，先电制动，当速度降到设定值以下，再投入抱闸(紧急故障状况时，则立即投入抱闸)，做到制动平稳可靠，制动器磨损少。
3.6 多重保护装置
    配有多重保护装置，如限位有光电编码器，凸轮开关，极限机械开关等，重量检测有负荷传感器和电机电流等参数综合检测，正常时，所有保护同时起作用。当部分有故障时，在安全有保障的前提下，可方便地通过转换开关将部分保护切除，不影响正常生产，待允许停机时，再消除相应故障，确保安全生产，适应国情。
3.7 机房操作开关
    电机低速运行值可方便地设置，在机房机构旁有相应的操作开关，以便于卷筒穿绳和调整等维护工作。
3.8 故障诊断
    配置故障诊断程序，当电气故障出现时，能在显示屏上显示故障代码。
3.9 PLC程序编制
    在PLC的程序编制中，巧妙地将用于顺序控制的级式编程移值到方式、功能块转换上，从而缩短了程序扫描时间，提高了实时响应速度，并使程序简洁、明了、易于调试。
4 结语
    高架门机自三峡工地投入使用以来，由于其先进、可靠、使用维护方便，受到了使用单位的好评。在基本无参考资料的情况下，使国产高架门机电气控制性能上了一个台阶，可与进口设备相比美，达到了预期的设计目标

　 PLC（Program Logic Control，可编程逻辑控制器）具有编程容易、通用性强、可靠性高、控制系统构成简单、维护方便等优点，常用作监控系统的一种现场设备，它擅长对开关信号进行时序逻辑和组合逻辑控制，具有实时信号数据采集、出色的可编程控制能力、集中图形显示、智能化数据处理、自动打印记录等诸多优点。这种系统功能齐全、性能稳定、，深受众多用户的青睐，目前在工业自动化领域中应用十分广泛。南京禄口国际机场的行李处理系统就采用了AEGModicon公司的PLC产品，通过PLC完成行李处理系统（BHS，Ba ggage Handling System）与安检系统（SCS，Security Control System）联动的PLC控制程序编程，接受火灾报警系统（FIAS，Fire Inbbbbation Alarm System）的火警信号自动处理，同时完成PLC向行李监视中心计算机实时信号传递的编程。
2　PLC的工作原理
　 PLC由CPU、控制电路及与CPU连接的I／O（输入／输出）模块组成，输入模块接受现场传感设备的电信号，并将该电信号转换成能被CPU处理的电平信号，CPU在系统软件的控制下，在进行必要的内务处理之后，按照编写的梯形图网络的顺序号，逐一解读，直到后一个网络。输出模块把CPU解读程序逻辑的结果以必需的电压或电流信号的形式送给现场的有关设备。
3　行李系统控制要求
　 行李系统由4个到港子系统和3个离港子系统组成，每个子系统由2条输送线、1个转盘和1个控制柜组成。所有现场实时信号通过以太网送至监视中心的计算机上，集中图形显示，自动报警并打印错误信息。系统结构见图1。
                 
4　PLC的选用及控制过程
   为了实现行李系统的控制功能，提高工作人员的工作效率，禄口机场的行李处理系统选用了Modicon公司的984－145（到港系统）和984－E685（离港系统）两种型号的PLC，并配备了相应的I／O模块 。984－145型属于Modicon984紧凑型的PLC，它将大型PLC的功能放置在一个模块式、微型的组合件内。984－145PLC具有8K用户逻辑，1920个寄存器，含有一个Modbus接口，从而提供了可连接控制器、编程器 、操作员接口及主计算机的方法。984－145PLC还有一个Modbus＋9针通讯口，一个为Modbus＋口编址的DIP（Double Inline Package，双列直插式组件）开关和相应的Modbus＋口LED指示灯，它可进行高性能 、点对点及网络广播通讯。984－685E型PLC适合中、大型应用场合，它支持5个本地800系列I／O机架及31个远程站。984－685E支持可选处理器以增加系统的性能和功能，包括S911热备处理器和D908分布式控制处理器。984－685E型PLC具有16K用户逻辑区，9999个寄存器，2个Modbus接口和1个Modbus－plus通讯口。每个控制柜留下了30％的冗余，以供将来拓展。
　 行李处理系统采用分散式控制原理，使用Modicon公司的Modbus Plus通讯网络，将7个控制柜与监视中心（MIS，Manage Inbbbbation System）的监视计算机连接起来。通过支持Modbus Plus通讯能力PLC中的MSTR（Master System TravelRule，主要系统传送功能协议）功能块，网络允许监视计算机和每个PLC之间以1Mbps的速率启始信息的传递，进行网络控制、数据采集、在线远程编程、程序上装下装等操作，具备了完备的远程控制、信息采集、故障监视报警等多项先进的功能，这样，在监视中心（MIS）就可以监视现场设备的运行情况，故障发生的时间、地点及故障原因，以便及时处理。
5　PLC控制软件的编程
　 根据功能图表设计PLC的梯形图程序所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号极其相似，人们能迅速熟悉该种编程语言，对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，只要熟悉控制流程，分析起来比较容易，修改和阅读也很方便。
5．1　BHS与SCS的联动控制
　 行李系统与一组双通道X光机通过2条17＋E芯通信电缆交换信息，并由PLC完成程序处理，然后将反应信号送至连在输出信号接口的电机及电气设备上，再通过行李LAN网络将监视信号送至MIS监视中心。
　 办票柜台与安检系统联动的行李PLC控制程序如图2所示。
                        
   当行李输送线及X光机都处于工作状态的时候，PLC接受下列指令：X光机称重带缓动（10 106）、称重带运行（当称重带上的光电管被行李挡住时，就禁止称重带缓动，让称重带运行）、发送带运行（10 107）、SCS请求发送窗口（10108）。PLC完成如图3所示的程序的计算与控制。
                        
   D1X1处的发送带D1D1发出窗口请求至行李PLC.
   PLC程序计算在同一时刻整个办票柜台有多少个X光机发出窗口请求至行李PLC。
                      
   PLC程序比较同一时刻X光机发出的请求，在行李主集送带上安排出相应的间隔距离，控制发送带弹送行李至主集送带的时机，防止包相互碰撞。
                      
5．2　PLC至MIS监视中心的信号发送
　 当PLC控制程序运行时，需要将各程序控制点的状态信号由MSTR功能块送至MIS监视中心 ，由监视计算机进行信号处理并集中显示，便于维护人员及时发现故障并处理。
                     
     PLC将办票柜台各电机状态、开关及相应传感器的状态送至MIS监视计算机。同样也把输送线及转盘上的各种状态送至MIS监视计算机。
                     
5．3　PLC的自动故障处理
　 PLC程序实时接收现场各种元器件及电机开关的信号，如发现异常，则自动进行故障处理 。其梯形图见图7 。
   PLC程序还有对办票柜台的电机相应保护程序。
                           
    当电机过载或现场堵包时，由现场的压力传感器或光电管将信号传送给PLC。
　  PLC输出模块切断相应电机的控制开关（24V电压），切断电机电源。
                  
5．4　BHS与FIAS的信息联络
　 PLC接受火灾报警系统（FIAS）的火警信号后，降下防火卷帘门，隔离着火分区，关闭相应输送线，同时将信息送至MIS。其梯形图如图10所示。
                          
6　结束语
　 在机场行李处理系统中运用PLC进行自动控制，并运用计算机集成控制系统，这样的设计功能在行李系统投入运行后，可使办票人员简单、快捷地为旅客办理行李手续，极大地提高了工作效率，同时由于PLC的自动控制与自动保护以及监视中心的采用，能大幅减少系统维护人员的数量，减少系统设备事故的发生，从而产生较大的经济效益和社会效益。