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基于PLC的自行起吊小车控制系统设计与实现

祁耀斌、张宇、张胜,武汉理工大学光纤中心2005.05.26阅读 6329

  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,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。
  自行起吊小车系统的功能要求
  一个完备的自行起吊小车系统,应该具有多台小车沿轨道同时自动行走、停止以及有人控制的起吊、放下等功能控制工程网版权所有,能够将各台小车及轨道部分的状态及时反映到控制台,并且实现一定程度的容错、防错和人工复位功能。
  1.小车的运行线路
  为了满足客户的实际需要,本自行起吊小车系统还应具备轨道切换,双线路同时运行的功能,其轨道线路如下图所示:
  整个系统共有两个上料点,小车分别从A上料点和B上料点起吊重物,然后按逆时针方向运行到下料点,将重物卸下。因为只有一个下料点www.cechina.cn,所以存在两条线路的动态切换,使走A线的小车只能走A线,走B线的小车只能走B线,最终在下料点前实现小车的积放,等待下料。
  线路的动态切换,可以通过PLC编程控制实现。为了让PLC知道小车的位置等信息,必须将DI连接到轨道的相应区段上。为了控制小车,使其在道岔切换完成前停止前进,还必须将DO也连接到轨道的相应区段上,小车的DI读到轨道上某段电压的变化后,就
会自主判断该前进还是停止。同样,道岔切换电机也由相应DO控制,以完成切换动作。
  2.人工控制系统的功能
  ● 中央控制室
  中央控制室的控制柜门上有开系统、关系统、故障复位等按钮,另外还有显示屏用于系统信息和报警信息的显示。
  ● 上下料点的现场控制盒
  在上下料点,有供操作员控制小车的控制盒。控制盒提供的功能如下:
  叫车。 上下料点空闲时,可按叫车按钮,处于等待位的小车就会进入上下料点。
  下降。 小车定位后,夹具自动下降至一定位置等待,然后可按下降按钮继续下降。
  上升。 夹具上升到一定位置后,系统自动接管上升动作,直至夹具到顶。
  打开夹具。 如果夹具夹有重物,可按打开按钮松开重物。
  关闭夹具。 按关闭按钮可使夹具夹紧重物。
  放车。 夹具自动上升后按下放车按钮,到顶后小车就驶离上下料点。
  ● 道岔控制盒
  在轨道线路的每个道岔附近,都安装有手动道岔控制盒,用于特殊情况下道岔的手动切换。
  3.小车的功能
  小车应该能实现可控制的自动前进以及手动前进后退,可以平滑的执行夹具的上升下降动作,可以打开和关闭夹具。可以将自身的状态返回到主控室,并且能接受操作员传来的合法命令。
  控制系统硬件的选择和组态
  根据以上的系统功能要求,我们决定使用PLC系统以分布式总线结构来实现控制系统的全部功能。其中主PLC系统安装在中央控制室内,子PLC系统安装在每台小车上,它们之间通过Profibus现场总线通讯。
  1.硬件选择
  ● 主站PLC系统和子站PLC系统
  主站的PLC系统采用Siemens的 S7-300系列。
  S7-300的DI、DO一部分连接于控制柜内,用于开关系统和电源监视,一部分连接于小车运行轨道上,用于轨道的状态监视和控制。
  子站采用Siemens的ET200S远程I/O系统。ET200S是专用的小型PLC控制器CONTROL ENGINEERING China版权所有,其用于小车控制的最大特点是:
  1)自带IM151-7 CPU控制工程网版权所有,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。
  2)有专用的柔性电机启动器,用于小车夹具开关电机的控制。
  主站和子站分工合作。每台小车的动作控制功能由其上安装的ET200S来完成www.cechina.cn,而主站只负责发送命令信号。例如,操作员在现场按下提升按钮,主站接收到DI输入,并转化成提升命令,传递给子站。子站接收到提升命令后,向变频器发出控制字和频率字,并在适当的时候使电机松闸,使夹具上升。
  ET200S还负责控制小车的前进、后退、在上下料点的精确定位等动作的执行,以及一些错误状态的自动复位等。主站通过在小车轨道上设置电压信号让小车读取,或者直接通过软件设置的通讯区传达命令字来控制小车的运行。
  S7-300除了控制小车的运行,还负责系统的开关、轨道的切换、状态的显示以及错误状态的手动复位等。
  主站的S7-300和子站的ET200S上都安装有Profibus-DP接口模块。这样,它们就可以通过Profibus-DP总线传递信息,相互通讯。
图1:自行小车运行线路简…如图1
图1:自行小车运行线路简图。

  ● Profibus-DP和Power Rail Booster
  本系统的主站和子站之间采用Profibus-DP连接和通讯,但是中间需要借助小车轨道来传递信息。由于车间环境恶劣,而轨道完全暴露在外面,没有任何抗干扰措施,不能保证信号传递的完整性和正确性。因此我们采用了Siemens公司专门针对小车控制通讯Profibus-DP总线设计的轨道信号放大器—Power Rail Booster。
  PRB是用来执行Profibus通






































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