分布式自行起吊小车电控系统的设计和实现v2[1].0

分布式自行起吊小车电控系统的设计和实现

张宇 祁耀斌 甘维兵 叶茂

(武汉理工大学光纤技术传感中心，武汉430070)

摘要：详细讨论和研究了基于Siemens Simatic 300 PLC和ET200S远程I/O站的分布式自行起吊小车电控系统的设计和实现，系统为分布式现场总线结构，主站和子站之间使用Profibus-DP通信，易于设计实现和维护扩充。编程时采用模块化设计，各功能分别用FC实现，并且设计了完备的错误处理程序。本系统在环境恶劣、高强度、高频度的生产过程中运行稳定高效，在起吊重量方面目前居全国首位。

关键字：PLC 自行起吊小车 电控系统 Profibus

中图分类号：TP278 文献标识码：A

The Design and Implementation of electronic control system of

elevating and transporting vehicles

Zhangyu Qi Yao-bin Gan Wei-bing Yemao

(Optical Fiber Sensing Technology Research Center, Wuhan University of Technology,

Hubei Wuhan 430070, China)

Abstract: Discuss and study on the design and implementation of a distributed electronic control system of automatic elevating and transporting vehicles based on Siemens Simatic 300 PLC and ET200S remote I/O station. The System’s structure is of a Distributed Field-Bus type. The Profibus-DP is used for communication between Master Station and Slave Station. Using modularized programming method, each FC is assigned to a task. A whole emergency and alert system is developed. The system is now running steadily and efficiently under high intensity, high frequency process of production environment, and comes to the first place in elevating weight in domestic applications.

Keyword: PLC automatic elevating and transporting vehicle electronic control system Profibus 自行起吊小车控制系统是一种复杂的工业控制系统。使用PLC来设计和实现该系统，是完全可行的，而且不仅有利于节约成本，更有利于设备的更新及维护，具有很高的性价比。

1. 自行起吊小车系统的硬件结构

1.1 整体结构

图1 系统示意图

收稿日期：2004-12-27.

作者简介：张宇（1979- ），男，研究生. E-Mail: bellyjuice@http://www.77cn.com.cn

Tel:027-62124923

自行起吊小车小车运行的轨道安装于生产现场的顶棚上，自行起吊小车从上料点由操作员控制起吊了工件之后，沿轨道将工件自动寄送到下料点，再由下料点的操作员控制放下工件。由图1可见，整条线路共有2个上料点，1个下料点，它们共用一段轨道。因此在轨道 上还安装了六个道岔，用于小车的分合流。

1.2 自行小车功能

运行于轨道上的小车有多辆，为双轮四吊点，带式升降，安装有3台电机和多个限位和定位传感器，可以执行前进、后退、在上下料点自动精确定位、打开和夹紧吊具、提升和放下吊具等动作。它的结构如下图所示。

[1]

图2 起吊小车结构图

[2] 小车通过集电器从轨道上获取电源，系统关闭后轨道断电，小车失去电源停止运行。

1.3 硬件的选择

1.3.1 控制系统

系统整体采用分布式总线结构，由一个主站和多个子站组成。主站的PLC系统决定采用Siemens的SIMATIC S7-300。其核心控制器为S7 315-2DP CPU，电源模块为PS 307 5A，并配置SM321数字量输入模块32DI X 6共计192点，和SM322数字量输出模块32DO X 2共计64点，用于监控中央控制室，轨道道岔和现场控制台等地。

子站采用Siemens的ET200S远程I/O系统。电源模块为PS 307 5A，并配置SM131数字量出入模块4DI X 7共计28点，和SM132数字量输出模块2DO X 2共计4点，用于小车的动作控制。ET200S是专用的小型PLC控制器，其用于小车控制的最大特点是：

1）自带IM151-7 CPU，可以控制小车完成所有动作，处理大量细节问题。主站只需要发送命令即可，减轻了主站PLC的负担。而且使整个系统易于维护。

[3]2）有专用的柔性电机启动器，可用于小车吊具开关电机的控制。

另外，选用Siemens的MicroMaster 440变频器来控制小车的行走和升降电机。由于前进电机和升降电机不会同时运行，因此可以使用一台变频器控制两台电机，通过换向接触器来完成切换工作。由于行走电机和升降电机在功率上的差异，变频器使用v/f方式控制行走电机，使用矢量控制方式控制升降电机，在换向接触器切换的同时，MicroMaster 440变频器可以在50ms内自动完成两组控制参数的及时切换。

图3 小车控制单元电气图

1.3.2 主站和子站之间的通讯

主站和子站之间，子站和变频器之间，通过Profibus-DP现场总线连接，可实现双向数字化通讯。轨道滑触线中除了PE、L1、L2、L3用作提供小车电源外，S5、S6用于主站和子站间的通讯连接，因此主站和子站两端各安装一台Power Rail Booster，防止信号失真。

1.3.3 显示屏

采用Siemens的OP270显示屏。OP270具有5.7英寸的显示窗口，预装了Windows CE 3.0操作系统。易于编程完成图形化状态显示，报警信息显示，以及操作控制功能等。

2. PLC程序的设计和实现

2.1 总体设计

PLC程序采用模块化设计，每一个功能由一个FC实现，所有的FC在OB1中循环调用。

[4] [5]程序分为主站PLC部分和子站PLC部分，主站子站可组态I/O通讯区进行通讯。

2.2 主站PLC程序的设计和实现

主站PLC系统程序主要负责系统的开关、复位，轨道的切换，上下料点命令的传达等。

2.2.1系统开关模块

中央控制室内装有系统的开关按钮和复位按钮。主PLC中负责开关系统的程序流程为，按下开系统按钮后5秒钟鸣笛，5秒后如果没有在错误DB块中发现错误位，则输出4个DO接通继电器使轨道上电，从而启动小车。按下关系统按钮后，置标志位通知系统其他部分，10秒种后复位DO使轨道断电，停止小车。按下复位按钮后，则清除错误DB块中的错误位，以撤销保护状态。

2.2.2道岔控制模块

包括何时切换轨道以及在轨道未切换好之前制动小车。主PLC制动小车是通过在轨道岔道前向轨道滑触线S7输出DO，小车DI读到电压信号后即自动停止。

分流道岔的切换逻辑是根据轨道上安装的传感器和小车上安装的挡板位置来判断小车应走的线路；合流道岔的切换逻辑是直道车让弯道车。

2.2.3工位控制模块

上下料点的控制比较复杂，包括无车时由操作员按叫车按钮叫车，响应和处理现场控制盒命令，操作完成后由操作员按放车按钮放车等。

叫车时必须保证上下料点的轨道上没有其他车，这可以通过安装在各段轨道滑触线S8上的主站PLC的DI来判断。如果上下料点没有车，主PLC系统就停止在上下料点前的停车段输出DO信号，从而让小车通过。

现场操作盒传来的命令有可能不合法，例如同时按下几个按钮等。因此需要主PLC进行判断，不是将控制盒DI直接发送到小车子站，而是将判断后内存中的标志位作为命令通过通讯区映射到子站PLC中。这样当操作员发出非法的命令时，小车不会动作。

2.2.4 显示屏功能编程

OP270显示屏提供功能强大的可编程能力，通过与主站PLC中的错误DB块建立映射关系，OP270即可实现即时错误消息显示和报警。OP270还提供了图形图像动态显示功能，可以在Protool软件中方便的组态。

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