摘要：本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了施耐德Premium PLC在夾江水工廠MQ1260B高架門座起重機(jī)中的成功運(yùn)用，同時(shí)也介紹了PLC的編程軟件Unity Pro的優(yōu)良性能。
1. 引言
MQ1260B圓筒式高架門座起重機(jī)安裝在夾江水工機(jī)械廠總拼現(xiàn)場(chǎng)427.50m高程上，主要用于夾江水工廠所生產(chǎn)的產(chǎn)品(門式啟閉機(jī)、纜索起重機(jī)及超大型閘門等)廠內(nèi)預(yù)總裝及零星物器的吊運(yùn)。其電控系統(tǒng)采用目前國(guó)際上先進(jìn)的“觸摸屏+PLC(DP總線)+變頻調(diào)速”控制方案，其中整個(gè)系統(tǒng)采用施耐德 Primium 新型PLC控制，通過(guò)PLC及Profibus-DP總線和施耐德特有的X-bus總線來(lái)采集和處理信號(hào)，通過(guò)運(yùn)用PLC內(nèi)部的虛擬觸點(diǎn)及通訊數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的時(shí)序邏輯控制。這大大簡(jiǎn)化了電控系統(tǒng)中的硬件線路，減少電氣系統(tǒng)的硬件故障，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
2．電氣控制系統(tǒng)
MQ1260B1園筒式高架門座式起重機(jī)的電氣系統(tǒng)主要包括供電系統(tǒng)、 起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、大車運(yùn)行系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和照明與接地系統(tǒng)。
2.1供電系統(tǒng)
外電源為高壓10000V引入，電源點(diǎn)在軌道中點(diǎn),起重機(jī)電纜卷筒側(cè)。由UGF-10KV礦用橡套軟電纜，經(jīng)電纜卷筒WR引入機(jī)臺(tái)下部中心導(dǎo)電裝置XR，再接到機(jī)房?jī)?nèi)高壓開關(guān)柜，經(jīng)負(fù)荷開關(guān)和高壓熔斷器、接到降壓變壓器。變壓器高壓進(jìn)線為10KV，低壓側(cè)電壓為0.4KV。0.4KV電壓經(jīng)電纜送到低壓動(dòng)力箱XL21-68（改）,經(jīng)刀開關(guān)Q，空氣開關(guān)QF，總交流接觸器KM送到各控制制柜。
2.2起升系統(tǒng)
起升機(jī)構(gòu)由變頻電機(jī)為YZPB(F)400L2-10，額定功率為160KW額定電流為330A，采用ABB(ACC800-04-0320-3)變頻調(diào)速裝置傳動(dòng)。
速度指標(biāo)：
A. 安裝工況：1.55~15.5m/min
B. 澆筑工況: 3.1~31m/min
調(diào)速方式：
主起升機(jī)構(gòu)采用主令控制器控制有檔位調(diào)速。上升、下降各為五檔，分別為10%，30%，50%，70%，100%的額定速度。系統(tǒng)采用主令開關(guān)輸入到 PLC的數(shù)字量輸入模塊,經(jīng)軟件處理后,由DP總線傳送至調(diào)速器,從而輸出相應(yīng)的速度,其速度檔可在PLC內(nèi)部任意設(shè)定，以滿足調(diào)速要求。
2.3變幅系統(tǒng)
變幅機(jī)構(gòu)由一臺(tái)YZPB(F)315S2-10, 63KW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用ABB(ACC-800-01-0120-3)變頻器傳動(dòng)。
速度指標(biāo)：
A.安裝工況：1.385~13.85m/min
B. 澆筑工況: 2~20m/min
調(diào)速方式：
由聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令開關(guān)SA200檔位來(lái)決定速度。正反各五檔，分別為10%，30%，50%，70%，100%額定速度。系統(tǒng)采用主令開關(guān)輸入到PLC的數(shù)字量輸入模塊,經(jīng)軟件處理后，再由DP總線傳送至調(diào)速器,從而輸出相應(yīng)的速度,每檔速度之間加減速過(guò)程非常平穩(wěn)，無(wú)沖擊。
2.4回轉(zhuǎn)系統(tǒng)
㈠回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)載荷為典型的位移負(fù)載。本電氣系統(tǒng)采用ABB變頻調(diào)速方式來(lái)完成兩種不同工況的調(diào)速任務(wù)。變頻電機(jī)為YZPBF225M-8，額定功率為 22KW，額定電流為48.8A，2臺(tái),共97.6A?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二臺(tái)電機(jī)由一套變頻調(diào)速裝置傳動(dòng)，開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)裝置采用ABB全數(shù)字式變頻調(diào)速裝置 ACS800-01-0100-3，調(diào)速范圍為1:10，控制精度為0.5%。
速度指標(biāo)：
回轉(zhuǎn)速度： 澆筑 0.05～0.5 r/min
安裝 0.03～0.3 r/min
調(diào)速方式：
首先由聯(lián)動(dòng)臺(tái)上開關(guān)S605選擇以上兩種工況中的一種，并由聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令開關(guān)SA300檔位來(lái)決定速度。正反各四檔，分別為 10%，30%，60%，100%額定速度（有檔位無(wú)級(jí)調(diào)速）。系統(tǒng)采用主令開關(guān)輸入到PLC的數(shù)字量輸入模塊，經(jīng)軟件處理后，再由DP總線傳送至調(diào)速器,從而輸出相應(yīng)的速度,其速度檔可在PLC內(nèi)任意設(shè)定。
2.5大車系統(tǒng)
大車機(jī)構(gòu)載荷為典型的位移負(fù)載。本電氣系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式來(lái)完成調(diào)速任務(wù)。變頻電機(jī)為YZP160M2-4，額定功率為11KW，額定電流為 23.1A，4臺(tái),共92.4A。大車機(jī)構(gòu)四臺(tái)電機(jī)M401～M404由一套變頻調(diào)速裝置傳動(dòng)，開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)裝置采用四象限運(yùn)行的ABB全數(shù)字式變頻調(diào)速裝置ACS800-01-0070-3，調(diào)速范圍可達(dá)1:10，控制精度可達(dá)0.5%。
速度指標(biāo)：
速度:2～20m/min
調(diào)速方式：
由聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令開關(guān)SA400檔位來(lái)決定速度。正反各四檔，分別為10%，30%，60%，100%額定速度（有檔位無(wú)級(jí)調(diào)速）。系統(tǒng)采用主令開關(guān)輸入到 PLC的數(shù)字量輸入模塊，經(jīng)軟件處理后，再由DP總線傳送至調(diào)速器,從而輸出相應(yīng)的速度,其速度檔可在PLC內(nèi)任意設(shè)定。
2.6門機(jī)操作系統(tǒng)
本機(jī)駕駛室裝有一套主令操作臺(tái)，該操作臺(tái)為聯(lián)動(dòng)操作臺(tái)，駕駛員左邊操作臺(tái)手柄控制變幅和回轉(zhuǎn)，右邊操作臺(tái)手柄控制起升和行走，現(xiàn)具體說(shuō)明如下：
①右操作手柄控制起升和行走，兩個(gè)動(dòng)作可分別操作也可聯(lián)動(dòng)操作。右操作臺(tái)面板有電動(dòng)夾軌器啟動(dòng)和停止按鈕、松閘指示、電控系統(tǒng)總接觸器合指示燈、起升和行走運(yùn)行及故障指示等。
②左操作手柄控制變幅和回轉(zhuǎn)，左操作臺(tái)面板前部是力矩限制器，側(cè)面是觸摸屏。面板上還裝有故障報(bào)警指示、回轉(zhuǎn)手閘指示、回轉(zhuǎn)制動(dòng)按鈕、系統(tǒng)急停等，
整個(gè)系統(tǒng)采用施耐德Primium 新型PLC控制，具體見(jiàn)圖1所示：
3．PLC系統(tǒng)
3．1．Premium新型PLC
Premium新型PLC是施耐德公司集多年自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，開發(fā)的unity系列產(chǎn)品。它具有強(qiáng)大的處理能力，該處理器提供最優(yōu)的掃描周期（能在0.04微秒內(nèi)執(zhí)行一條邏輯指令），并采用結(jié)構(gòu)緊湊的模塊化設(shè)計(jì)。只需一根電纜XBUS總線就可擴(kuò)展框架，X-BUS遠(yuǎn)程連接電纜最大可達(dá)250 米，框架內(nèi)模塊離散I/O可達(dá)2048點(diǎn)，模擬量可達(dá)512點(diǎn)。同時(shí)提供了高速計(jì)數(shù)、準(zhǔn)確對(duì)位、稱重及過(guò)程控制專用模塊。它內(nèi)置人機(jī)界面接口和多種通訊擴(kuò)展接口，能實(shí)現(xiàn)多種通訊。CPU帶兩個(gè)串口，可以同時(shí)連接編程端口和顯示單元，便于編程和調(diào)試。鑒于以上這些優(yōu)良性能，因而夾江水工廠MQ1260B高架門座起重機(jī)選用了Premium 新型PLC作為中央控制系統(tǒng)。
3．2．PLC硬件系統(tǒng)
如圖1所示，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)分兩大部分：第一部分為司機(jī)室PLC控制系統(tǒng)，第二部分為機(jī)房PLC控制系統(tǒng)，兩大PLC系統(tǒng)通過(guò)X-BUS總線進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)司機(jī)室所有操作命令通過(guò)X-BUS總線傳到機(jī)房PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)房PLC程序處理，再由機(jī)房PLC通過(guò)DP總線傳至各機(jī)構(gòu)控制柜，以實(shí)現(xiàn)整機(jī)各機(jī)構(gòu)的調(diào)速控制。同時(shí)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)通過(guò)DP總線及時(shí)反饋至機(jī)房PLC系統(tǒng),由機(jī)房PLC系統(tǒng)通過(guò)X-BUS總線傳到司機(jī)室PLC控制系統(tǒng),再在司機(jī)室觸摸屏人機(jī)界面上顯示。司機(jī)室PLC系統(tǒng)由電源模塊TSX PSY 2600M、處理器TSX P57 204M、2塊數(shù)字量輸入模塊 TSX DEY 32D2K、1塊數(shù)字量輸出模塊TSX DSY 32T2K 組成，其中CPU為unity系列產(chǎn)品，需在Unity Pro環(huán)境下編程。數(shù)字量輸入模塊主要用來(lái)接收風(fēng)速儀和力矩限制器的開關(guān)量信號(hào)以及聯(lián)動(dòng)臺(tái)的操作命令信號(hào);數(shù)字量輸出模塊主要輸出報(bào)警和聯(lián)動(dòng)臺(tái)指示信號(hào)，以便司機(jī)及時(shí)地掌握整機(jī)各機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)及故障信息，正確無(wú)誤地安全操作。機(jī)房PLC系統(tǒng)由電源模塊TSX PSY 5500M、DP總線模塊TSX PBY100、2塊數(shù)字量輸入模塊 TSX DEY 64D2K、1塊數(shù)字量輸入模塊 TSX DEY 32D2K 、1塊數(shù)字量輸出模塊TSX DSY 64T2K 、1塊模擬量輸入模塊TSX AEY 414 組成以完成各機(jī)構(gòu)正確地啟動(dòng)、數(shù)字量輸入模塊主要用來(lái)接收各機(jī)構(gòu)運(yùn)行和故障狀態(tài)開關(guān)量信號(hào) ;數(shù)字量輸出模塊主要輸出各機(jī)構(gòu)控制命令，而模擬量輸入模塊主要用來(lái)接收各機(jī)構(gòu)的電流和速度信號(hào)。所有這些信號(hào)經(jīng)PLC又可傳遞給司機(jī)室觸摸屏，以便司機(jī)隨時(shí)掌握整機(jī)的工作狀態(tài)，也為維修人員捕捉故障信息打下基礎(chǔ)。
3．3．軟件開發(fā)
3．3．1 Unity－pro軟件
由于本系統(tǒng)CPU采用了施耐德Premium最新產(chǎn)品unity系列產(chǎn)品，因而該門座機(jī)PLC需在Unity Pro環(huán)境下編程。Unity Pro是一個(gè)功能齊全的編程、調(diào)試和運(yùn)行軟件。能在Premium、Quantum和Atrium系列產(chǎn)品中使用，并可在PC機(jī)上使用PLC模擬器，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)辦公室中對(duì)程序的測(cè)試，完成起動(dòng)階段的準(zhǔn)備工作。所有調(diào)試工具都可在模擬方式下使用。利用實(shí)時(shí)圖形界面，Unity Pro中功能強(qiáng)大的圖形化工具可用于再現(xiàn)和監(jiān)視PLC變量的變化。
3．3．2 PLC程序設(shè)計(jì)：
選用施耐德公司的Premium系列PLC，系統(tǒng)送電后，首先檢查系統(tǒng)是否準(zhǔn)備好（如安全裝置有沒(méi)動(dòng)作、操作手柄是否在零位等），然后由司機(jī)發(fā)出操作命令，機(jī)房PLC接收命令信號(hào)后，由PLC程序完成整個(gè)工藝控制過(guò)程，并輸出相應(yīng)信號(hào)，通過(guò)ABB公司變頻器ACS800完成各機(jī)構(gòu)的調(diào)速運(yùn)行。
4．結(jié)束語(yǔ):
根據(jù)門座機(jī)各機(jī)構(gòu)操作原理編制的程序,經(jīng)試驗(yàn):線路簡(jiǎn)單，PLC系統(tǒng)調(diào)試方便,運(yùn)行穩(wěn)定、可靠, 并具有數(shù)據(jù)記憶功能，人機(jī)界面的加入，又使整機(jī)電控系統(tǒng)的智能化程度提高。這些已成功運(yùn)用 這將為國(guó)內(nèi)門座起重機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造起到拋磚引玉的作用。
