李 滔

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

1 引言

五強溪電廠壩頂1號門機采用門機上部控制機房總控制屏柜內(nèi)的PLC進行集中控制，所有控制信號全部進入門機頂部控制機房，門機高度高（35 m）、跨度大（11 m），機構(gòu)多分布在門機的各個部位，控制線路冗長，線路壓降大，線路繁雜，且門機環(huán)境惡劣，線路過長導(dǎo)致線路故障頻發(fā)。為了優(yōu)化控制線路，使線路簡單，線路更短，故障率更低，讓控制回路更簡單，明了。通過對門機控制回路特性進行分析，并結(jié)合現(xiàn)代先進的通信技術(shù)，在第2臺門機（壩頂2號門機）改造過程中進行了全面的優(yōu)化和升級。

2 壩頂2號門機控制系統(tǒng)簡介

壩頂2號門機PLC系統(tǒng)采用S 7300的315-2DP模塊作為CPU，負責電氣室的信號采集；在司機室采用分布式I/O ET200 M作為聯(lián)動臺信號的采集，通過Profibus-DP總線與CPU通信進行交換數(shù)據(jù)（Profibus-DP總線傳輸技術(shù)）；再加上信號檢測、操作、報警等設(shè)備組成起重機自動控制操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下功能：

（1）起重機的運行操作與控制；

（2）信號資料的采集和控制；

（3）各種運行信號、保護信號的顯示；

（4）安全制動與工作制動的互換控制；

（5）各機構(gòu)的電動控制；

（6）具有自我診斷能力及緊急情況發(fā)生時的快速報警，使操作者能監(jiān)視、控制、記錄運行故障；

（7）有較嚴格的防誤操作系統(tǒng)，當運行人員誤操作時拒絕執(zhí)行，并及時發(fā)出警告信號，最大限度地減少由于誤操作給設(shè)備造成的損害；

（8）作為Profibus-DP現(xiàn)場總線的主站，接受、處理從站的數(shù)據(jù)。

3 對比壩頂1號門機相同的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式

3.1 PLC產(chǎn)品選型

由于2×250 t門式起重機的控制系統(tǒng)屬于中小型的控制系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)的處理沒有太高的要求。選用S7-300系列CPU 312-1AD10-0AB0就可以實現(xiàn)門機各機構(gòu)的自動控制。其性能特點如下：

S7-300系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域。系統(tǒng)配置既固定又靈活，具有編程簡單、透明、系統(tǒng)運行更為可靠、維護方便、擴充性好等特點。

3.2 電源模塊

經(jīng)過計算所有模塊的總電流消耗，選用6ES7 307-1BA00-0AA0電源模塊作為PLC控制系統(tǒng)的24 V電源供電模塊。

3.3 輸入模塊

本系統(tǒng)的工作環(huán)境為0～+50℃。選型時采用常溫模塊。實際選擇SM321系列模塊中的6ES7 321-1BL00-0AA0模塊。

3.4 輸出模塊

本系統(tǒng)的工作環(huán)境為0～+50℃。選型時可采用常溫模塊。實際選擇SM321系列模塊中的6ES7 322-1HH01-0AA0模塊。根據(jù)實際需要結(jié)合門機的控制特點，考慮到需10%的裕量，選擇4塊16點的6ES7 322-1HH01-0AA0模塊。

根據(jù)本次改造的工程實際情況，組成壩頂1號門機PLC主要配置（表1）。

表1 壩頂1號門機PLC系統(tǒng)主要配置

3.5 編程方法

本系統(tǒng)采用功能強大的STEP7 V5.4軟件包作為系統(tǒng)支持軟件，采用梯形圖等多種編程語言編寫用戶軟件。

采用獨特的模塊式編程方式編寫用戶程序，以增加PLC程序的透明度，易于理解，方便維護。

3.6 數(shù)據(jù)傳輸原理

1號壩頂門機采用傳統(tǒng)的PLC輸入/輸出方式原理：當司機室聯(lián)動臺發(fā)出一個指令（如接通一個按鈕），則該回路接通，連接在該回路末端的6ES7 321-1BL00-0AA0輸入模塊的PLC輸入指示燈點亮，PLC接受到該指令，并根據(jù)程序運行，通過輸出模塊6ES7 322-1HH01-0AA0接通相應(yīng)的輸出回路，使輸出中間繼電器得電，從而使相應(yīng)的接觸器動作，啟動相應(yīng)機構(gòu)運行。壩頂1號門機常規(guī)傳輸功能框圖見圖1。

4 改進后，壩頂2號門機采用Profibus總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸方式

圖1 壩頂1號門機常規(guī)傳輸功能框圖

4.1 PLC產(chǎn)品選型

當采用Profibus總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸方式時，必須選用S7-300系列315-2DP CPU來實現(xiàn)門機各機構(gòu)的自動控制，且架構(gòu)符合Profibus-DP通信協(xié)議的現(xiàn)場總線，PLC作為通信主站負責完成大量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

CPU315-2 DP模塊自帶一個Profibus-DP主站/從站接口，無需另配通信模塊；兼具有中、大規(guī)模的程序存儲容量，可用于大規(guī)模的I/O配置，可用于建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。

4.2 電源模塊

電源模塊是保證系統(tǒng)正常、可靠運行的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)過計算所有模塊的總電流消耗，選用6ES7 307-1BA00-0AA0電源模塊作為PLC控制系統(tǒng)的24 V電源供電模塊，

4.3 輸入模塊

本系統(tǒng)的工作環(huán)境為0～+50℃。選型時采用常溫模塊。實際選擇SM321系列模塊中的6ES7 321-1BL00-0AA0模塊和6ES7 321-1BH02-0AA0模塊。

本系統(tǒng)需對各機構(gòu)空氣開關(guān)“分/合”位置、各接觸器“分/合”位置、各機構(gòu)電動機熱繼電器動作、操作手柄各檔位位置、各限位開關(guān)動作等信號進行監(jiān)控，根據(jù)實際需要結(jié)合門機的控制特點，經(jīng)計算各類輸入信號共計134個點。考慮到需10%的裕量，選擇3塊32I的6ES7 321-1BL00-0AA0模塊及3塊6ES7 321-1BH02-0AA0模塊。

4.4 輸出模塊

本系統(tǒng)的工作環(huán)境為0～+50℃。選型時可采用常溫模塊。實際選擇SM321系列模塊中的6ES7 322-1HH01-0AA0模塊。根據(jù)實際需要結(jié)合門機的控制特點，經(jīng)計算各類輸出信號共計55個點?？紤]到需10%的裕量，選擇5塊16點的6ES7 322-1HH01-0AA0模塊。

4.5 分布式I/O模塊

本系統(tǒng)采用分布式I/O模塊進行分布設(shè)備的信號采集，通過Profibus總線和CPU進行數(shù)據(jù)交換，這樣可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性，并減少了控制電纜的敷設(shè)。本次改造在司機室設(shè)置一個分布式I/O模塊，用來采集聯(lián)動臺的輸入輸出信號。根據(jù)實際需要結(jié)合門機的控制特點，選用ET200M IM 153-2模塊。該模塊自帶Profibus-DP接口，可以掛接8個I/O模塊。

根據(jù)本次改造的工程實際情況，針對1號門機控制系統(tǒng)進行了全面改進，組成了壩頂2號門機PLC系統(tǒng)主要配置（表2）。

表2 壩頂2號門機PLC系統(tǒng)主要配置

4.6 編程方法

本系統(tǒng)采用功能強大的STEP7 V5.4軟件包作為系統(tǒng)支持軟件，采用梯形圖等多種編程語言編寫用戶軟件。

采用獨特的模塊式編程方式編寫用戶程序，以增加PLC程序的透明度，易于理解，方便維護。

4.7 數(shù)據(jù)傳輸原理

2號門機所采用的新技術(shù)是通過采用分布式I/O模塊進行分布設(shè)備的信號采集，通過Profibus總線和CPU進行數(shù)據(jù)交換：當司機室聯(lián)動臺發(fā)出一個指令（如接通一個按鈕），該信號直接輸入到司機室聯(lián)動臺從站的輸入模塊6ES7 21-1BH02-0AA0，輸入模塊將信號傳至分布式I/O模塊進行處理編碼，然后將編碼通過Profibus總線傳輸?shù)轿挥陔姎馐襊LC控制柜內(nèi)的CPU315-2 DP模塊自帶的一個Profibus-DP主站接口，PLC通過對Profibus-DP主站接口接收到的編碼進行處理，根據(jù)PLC程序運行結(jié)果，通過輸出模塊6ES7 322-1HH01-0AA0接通相應(yīng)的輸出回路，使輸出中間繼電器得電，從而使相應(yīng)的接觸器動作，啟動相應(yīng)機構(gòu)運行。Profibus總線傳輸技術(shù)功能框圖詳見圖2。

圖2 Profibus總線傳輸技術(shù)功能框圖

5 Profibus-DP總線傳輸技術(shù)的優(yōu)點

采用Profibus-DP總線傳輸信號，提高了信號傳送精度及系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，增強現(xiàn)場控制靈活性，降低設(shè)計施工費用，減少電纜敷設(shè)，易于維護和擴展的目的,尤其是與傳統(tǒng)集中控制比較，從系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試、維護及擴展上，現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯。五強溪電廠壩頂1號門機到2號門機的技術(shù)改進過程證明了該技術(shù)正在全面廣泛的推廣和應(yīng)用。

6 結(jié)束語

Profibus現(xiàn)場總線是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，主要包括最高波特率可達12 M的高速總線 Profibus－DP（H2）。DP 使得 Profibus現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。Profibus既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通信，也可用于可以直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動裝置和其他現(xiàn)場儀表及設(shè)備，對現(xiàn)場信號進行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜，大量節(jié)省了電纜的費用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運后的維護時間和費用。Profibus現(xiàn)場總線將在大型起重設(shè)備及遠距離機構(gòu)控制系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1] 周志敏. Profibus總線系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社.