傅新廷

(民航安徽空中交通管理分局,安徽 合肥230001)

1 AA2000安全鏈簡(jiǎn)介

THALES RSM970S雷達(dá)系統(tǒng)中,室內(nèi)設(shè)備的AA2000機(jī)柜是天線的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在這個(gè)天線控制樞紐中,有一條對(duì)天線啟動(dòng)運(yùn)行條件進(jìn)行判定的鏈路。在這條鏈路上包含了天線轉(zhuǎn)動(dòng)聲音告警、緊急停止、剎車盤(pán)告警、油位告警、馬達(dá)過(guò)熱告警。安全鏈上的任意一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題,都會(huì)造成天線停轉(zhuǎn)。安全鏈中的判定電路主要是由各類繼電器組合而成。

1.1 天線轉(zhuǎn)動(dòng)聲音告警

天線開(kāi)始啟動(dòng)時(shí),會(huì)發(fā)出一個(gè)聲音告警,由電流門(mén)限繼電器K29監(jiān)視通過(guò)告警喇叭的電流。當(dāng)電流足夠高時(shí),經(jīng)過(guò)30S延遲后繼電器K29連接點(diǎn)25、28將會(huì)閉合,然后繼電器K26工作,閉合其連接點(diǎn)21、24使繼電器K1、K2工作,使馬達(dá)控制工作,天線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電流不足夠時(shí),繼電器K29保持打開(kāi)狀態(tài),經(jīng)過(guò)繼電器K51延遲后繼電器K25工作,使得天線旋轉(zhuǎn)喇叭告警指示燈DS18點(diǎn)亮同時(shí)發(fā)送一個(gè)報(bào)告給RCMS,天線馬達(dá)不會(huì)通電。

1.2 緊急停止

當(dāng)按下了緊急停止開(kāi)關(guān)、打開(kāi)了天線安全鏈開(kāi)關(guān)、馬達(dá)剎車盤(pán)未取下或者天線旋轉(zhuǎn)告警喇叭未啟動(dòng),會(huì)使得繼電器K8停止工作進(jìn)而使天線停止旋轉(zhuǎn)。同時(shí)AA2000面板上緊急停止告警等點(diǎn)亮。

1.3 剎車盤(pán)告警

當(dāng)剎車盤(pán)未取下時(shí),繼電器K6斷電,安全鏈路被打開(kāi)避免天線旋轉(zhuǎn),同時(shí)一個(gè)錯(cuò)誤報(bào)告會(huì)發(fā)送至RCMS,點(diǎn)亮AA2000面板上DS11剎車盤(pán)告警指示燈。

1.4 油位告警

大盤(pán)和減速箱都裝有油位傳感器,當(dāng)油位過(guò)低時(shí),油位監(jiān)測(cè)器會(huì)觸發(fā)告警電路工作產(chǎn)生告警信息。其中大盤(pán)油位過(guò)低時(shí),繼電器K27斷開(kāi),繼電器K55開(kāi)始延時(shí),持續(xù)30分鐘開(kāi),繼電器K27控制產(chǎn)生一個(gè)報(bào)告給RCMS且大盤(pán)油位告警指示燈DS5亮,這段時(shí)間雷達(dá)可以正常工作且對(duì)大盤(pán)加油到告警門(mén)限以上后告警會(huì)消除,如果期間沒(méi)有對(duì)大盤(pán)進(jìn)行加油,30分鐘后繼電器K55斷開(kāi),使得繼電器K9斷開(kāi),打開(kāi)安全鏈路使得天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)。減速箱油位過(guò)低時(shí),繼電器K58(K59)開(kāi)始延時(shí),2分鐘后斷開(kāi),使得繼電器K13(K14)斷開(kāi)產(chǎn)生告警信號(hào)、發(fā)送報(bào)告給RCMS并點(diǎn)亮減速箱油位告警指示燈DS6(DS7),繼電器K63開(kāi)始延時(shí),持續(xù)24小時(shí),期間雷達(dá)正常工作且對(duì)減速箱加油到告警門(mén)限以上后,告警消除。如果不對(duì)減速箱進(jìn)行加油,則24小時(shí)后,繼電器K63斷開(kāi),天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到油位告警時(shí),繼電器K9或K63會(huì)打開(kāi)安全鏈路,從而斷開(kāi)繼電器K64和K65導(dǎo)致天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.5 過(guò)熱告警

當(dāng)馬達(dá)過(guò)熱時(shí),繼電器K15(K11)被斷電,繼電器K56(K57)工作,延遲1S后繼電器K12和K16通電工作,繼電器K12(K16)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤報(bào)告發(fā)送給RCMS并且點(diǎn)亮過(guò)熱告警指示燈DS8(DS9),之后繼電器K1(K2)斷開(kāi)造成天線馬達(dá)停轉(zhuǎn)。

圖1 AA2000線路圖

2 PLC替代命題的提出

隨著航班量的不斷增長(zhǎng),現(xiàn)代航空管制對(duì)設(shè)備的依賴程度越來(lái)越高。在目前空管系統(tǒng)所使用的雷達(dá)設(shè)備中,為了保證管制員能不間斷的獲取可靠的雷達(dá)信號(hào),通常要求雷達(dá)設(shè)備配備雙通道冗余備份運(yùn)行模式。而在雷達(dá)系統(tǒng)中,供電控制部分往往存在環(huán)節(jié)太多、使用繼電器類型太多的問(wèn)題,不能實(shí)現(xiàn)雙通道冗余備份和有效細(xì)節(jié)監(jiān)控,這其中也包括了天線馬達(dá)的控制驅(qū)動(dòng)部分。如果能用一種更簡(jiǎn)便并且可監(jiān)控的方法實(shí)現(xiàn)電路,或許可以實(shí)現(xiàn)雙通道榮譽(yù)備份的功能。這個(gè)問(wèn)題的答案就是可編程序邏輯控制器(PLC)。

2.1 可編程序邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn)和選型

可編程控制器是以、微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù),在20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置,具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等特點(diǎn),在工業(yè)控制中已經(jīng)逐步取代了冗繁的繼電器、接觸器控制電路設(shè)計(jì)。

PLC采用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序和順序執(zhí)行的原理;編程語(yǔ)言采用的是直觀的類似繼電器接觸器控制電路的梯形圖語(yǔ)言,這使得原先設(shè)計(jì)控制的工作人員可以很容易的學(xué)習(xí)和使用。控制程序的更改可以通過(guò)直接改變存儲(chǔ)器中的應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),從而在實(shí)現(xiàn)方式上有了本質(zhì)的突破,通用性和可用性進(jìn)一步增強(qiáng)。

雷達(dá)天線控制單元中,輸入輸出接口使用的并不多,大部分繼電器、接觸器和延時(shí)器功能都可以在PLC的軟件中實(shí)現(xiàn),所以使用小型機(jī)即可。本案中我們嘗試使用西門(mén)子一體化小型機(jī)S7－200——CPU226可編程控制器去實(shí)現(xiàn)安全鏈路中的條件及延時(shí)控制。

2.2 編程及在線監(jiān)控軟件

在西門(mén)子PLC設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,可以使用STEP 7－Micro/WIN 32軟件進(jìn)行編程控制。其基本功能是協(xié)助用戶完成開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù),同時(shí)它還有一些工具性的功能,此外可直接用軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。除了可以設(shè)計(jì)程序的梯形圖,也可以通過(guò)梯形圖直接生成STL編程語(yǔ)言。軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式下進(jìn)行,部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。

聯(lián)機(jī)方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)或編程器與PLC連接,此時(shí)允許兩者之間作直接的通信。

離線方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)或編程器與PLC斷開(kāi)連接,此時(shí)能完成大部分基本功能如編程、編譯和調(diào)試程序、系統(tǒng)組態(tài)等。

兩者的主要區(qū)別是：聯(lián)機(jī)方式下可直接針對(duì)相連的PLC進(jìn)行操作,如上裝和下裝用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。而離線方式下直接與PLC聯(lián)系,所有程序都暫時(shí)存放在磁盤(pán)上,等聯(lián)機(jī)后再下載到PLC中。

3 邏輯程序設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)的部分,我們將首先設(shè)計(jì)梯形圖,進(jìn)而生成邏輯控制語(yǔ)言。梯形圖中我們使用的主要圖形符號(hào)如表1。

表1 梯形圖中使用的主要圖形符號(hào)

通過(guò)對(duì)AA2000機(jī)柜安全線路的分析,我們得出在天線運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中,我們需要滿足以下條件保證天線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)：?jiǎn)?dòng)聲音告警正常、緊急停止按鈕斷開(kāi)、剎車盤(pán)取下、大盤(pán)油位、減速箱油位正常、馬達(dá)溫度正常。所以在安全鏈PLC程序設(shè)計(jì)上,以上傳感信息構(gòu)成了PLC的輸入端,而輸出端最終只有天線馬達(dá)的使能信號(hào)。所以設(shè)計(jì)程序前,可以對(duì)輸入輸出的信號(hào)進(jìn)行提前定義。如圖2所示,以上5類信號(hào)分別對(duì)應(yīng)了PLC上I0.1到I0.6的輸入端;輸出端Q0.1作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的使能端。下面我們開(kāi)始同時(shí)使用梯形圖和STL語(yǔ)言對(duì)每一路輸入我們進(jìn)行分組程序設(shè)計(jì)。

圖2 PLC上的部分信號(hào)圖

3.1 啟動(dòng)聲音告警信號(hào)端程序設(shè)計(jì)

馬達(dá)啟動(dòng)時(shí),需要聲音告警滿30秒后才能使得該條件滿足,所以程序中使用了延時(shí)元件,30秒后,PLC程序中子使能端Q1.1閉合,并且自鎖以保持輸出持續(xù)使能。程序設(shè)計(jì)如圖3。

圖3 程序設(shè)計(jì)

3.2 緊急停止按鈕程序設(shè)計(jì)

由于緊急停止按鈕在馬達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài),即：I0.2沒(méi)有輸入時(shí),子使能端Q0.2有輸出,所以我們使用常閉觸點(diǎn)進(jìn)行條件語(yǔ)言設(shè)計(jì)如圖4。

圖4 條件語(yǔ)言設(shè)計(jì)圖

3.3 剎車盤(pán)傳感信號(hào)

剎車盤(pán)未取下時(shí),內(nèi)部繼電器呈斷電狀態(tài),取下后輸入I0.3導(dǎo)通,子使能端Q1.3輸出正常,使用一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)定義輸入端即可,見(jiàn)圖5。

圖5 剎車盤(pán)傳感信號(hào)設(shè)計(jì)

3.4 大盤(pán)油位傳感信號(hào)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)大盤(pán)油位過(guò)低,30分鐘后,馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。即：正常時(shí),輸入端I0.4在大盤(pán)油位正常時(shí)有信號(hào),子使能端Q1.4輸出正常;輸入端I0.4無(wú)信號(hào)30分鐘后,子使能端Q1.4斷開(kāi),見(jiàn)圖6。

圖6 大盤(pán)油位傳感信號(hào)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

3.5 減速箱油位正常信號(hào)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)減速箱油位過(guò)低,24小時(shí)后,馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。即：正常時(shí),輸入端I0.5在減速箱油位正常時(shí)有信號(hào),子使能端Q1.5輸出正常;輸入端I0.5無(wú)信號(hào)24小時(shí)后,子使能端Q1.5斷開(kāi)。由于老版本的程序設(shè)計(jì)中,沒(méi)有超過(guò)3276.7秒的延時(shí)定時(shí)器,所以這里我們要用到計(jì)數(shù)器CTU進(jìn)行輔助計(jì)時(shí),見(jiàn)圖7。

圖7 減速箱油位正常信號(hào)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

3.6 馬達(dá)過(guò)熱檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)馬達(dá)溫度超標(biāo),溫度傳感器得電,輸入端I0.6取得輸入,延時(shí)1秒后,將子使能端Q1.6斷開(kāi),程序設(shè)計(jì)如圖8。

圖8 馬達(dá)過(guò)熱檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

3.7 總使能程序設(shè)計(jì)

在程序的最后,將以上6個(gè)子使能端匯總,使得Q1.1到Q1.6的信號(hào)都滿足需求時(shí),PLC的最終輸出馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)使能信號(hào)如圖9。

圖9 總使能程序設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

THALES RSM970S二次雷達(dá)的AA2000機(jī)柜以及AE2000機(jī)柜內(nèi)置了大大小小數(shù)百個(gè)繼電器、接觸器。隨著設(shè)備年限的增長(zhǎng),這些繁多并且逐漸老化的元器件無(wú)形中構(gòu)成了許多可能的致命故障點(diǎn),給日常維護(hù)工作帶來(lái)了諸多不便。對(duì)其安全鏈的替代方案的研究,終究只是使用了PLC的冰山之一角。一臺(tái)小型PLC完全有實(shí)力去替代整個(gè)機(jī)柜的功能,并且可以對(duì)馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)雙通道冗余運(yùn)行,同時(shí)對(duì)PLC進(jìn)行有效監(jiān)控。不僅節(jié)省了設(shè)計(jì)成本和維護(hù)成本,也最大限度的保證了雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行的安全性。

[1]THALES RSM970S Technical manual Antenna control cabinet AA2000NGB[Z].

[2]臺(tái)方.可編程控制器應(yīng)用教程[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2010.