斗輪堆取料機無線流程控制系統(tǒng)的斷電處理程序設(shè)計

趙 磊

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

斗輪堆取料機無線流程控制系統(tǒng)的斷電處理程序設(shè)計

趙 磊

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

基于S7-200 PLC的自由口通訊功能，設(shè)計了斗輪堆取料機無線流程控制系統(tǒng)的斷電處理程序，包括初始化子程序、上電告知子程序、斷電報錯子程序和故障處理子程序4部分。實現(xiàn)了基于PLC與數(shù)傳電臺無線控制系統(tǒng)的斷電處理，保障了生產(chǎn)安全。

斗輪堆取料機；流程控制；自由口通訊；斷電處理

斗輪堆取料機是大型散貨堆場的關(guān)鍵裝卸設(shè)備，根據(jù)大宗散貨堆、取作業(yè)的工藝要求，斗輪堆取料機需要與中控室地面站配合進行流程控制。傳統(tǒng)的斗輪堆取料機的流程控制方案采用電纜卷筒方式，其信號的傳遞途徑為：中控室地面站PLC→地面固定通訊電纜→接線箱→隨動通訊電纜(電纜卷筒收放)→滑環(huán)(集電環(huán))→斗輪堆取料機固定通訊電纜→斗輪堆取料機PLC。因斗輪堆取料機需要經(jīng)常移動以及大型散貨堆場的作業(yè)環(huán)境惡劣，隨動通訊電纜極易損壞，通訊故障不斷，維修很不方便，嚴重影響堆場的生產(chǎn)組織。經(jīng)過分析，決定采用無線通信方案解決上述難題。選用性能穩(wěn)定的西門子 S7-200系列PLC，利用PLC內(nèi)部的接收發(fā)送數(shù)據(jù)功能，通過美國MDS專業(yè)無線傳輸電臺作為媒介，進行斗輪堆取料機與中控室地面站之間流程控制信號的數(shù)據(jù)傳輸。

1 系統(tǒng)通信狀態(tài)分析

假定斗輪堆取料機與中控室地面站分別為甲方和乙方，其通信狀態(tài)邏輯有以下3種情況：

(1)雙方斷電時的通信狀態(tài)

如果參與通訊的甲乙雙方都沒有上電，那么甲和乙都沒有任何輸出。

(2)一方斷電時的通信狀態(tài)

假定甲上電，乙沒有上電。甲上電后會因為沒有乙的響應(yīng)而報警。甲不會有任何輸出。此時如果甲復(fù)位，大概過6秒鐘后，甲會再一次因為沒有乙的響應(yīng)而報警。接下來如果乙上電。乙一上電會發(fā)送上電信號給甲，因為甲已經(jīng)上電會發(fā)響應(yīng)信號給乙，此時乙不會報警，但乙也不會有任何輸出。這時如果復(fù)位甲，那么乙會將自身的狀態(tài)全部傳給甲，全部傳完后，甲接著會將自身的狀態(tài)全部傳給乙。此時就是正常的通信狀態(tài)。之后任一方有信號的改變都會立刻反映在另一方的輸出上。反之如果乙先上電，情況相似。

(3)正常情況下的通信狀態(tài)

如果甲乙基本上同時上電(先后時間差小于6秒)，則直接進入正常的通信狀態(tài)。之后任一方有信號的改變都會立刻反映在另一方的輸出上。甲乙在正常的通信狀態(tài)下，如果有一方斷電，則另一方馬上報警，并且沒有任何輸出。這樣就進入上面的第2種情況下的狀態(tài)，即一方上電，另一方斷電，邏輯就按一方斷電時的通信狀態(tài)的情況進行。

2 系統(tǒng)斷電處理程序設(shè)計

通過對斗輪堆取料機流程控制系統(tǒng)的通信狀態(tài)分析，其斷電處理程序應(yīng)包括初始化子程序、上電告知子程序、斷電報錯子程序和故障處理子程序4部分。上電告知子程序和斷電報錯子程序用于實現(xiàn)斗輪堆取料機站與地面站之間通信狀態(tài)的協(xié)調(diào)，初始化子程序和故障處理子程序用于系統(tǒng)由故障狀態(tài)復(fù)位或PLC首次上電后轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)前的準備工作。

2.1 初始化子程序

初始化子程序主要完成設(shè)置通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)區(qū)賦值、恢復(fù)正常工作前將本站目前狀態(tài)發(fā)送給對方站等工作，具體設(shè)計如圖1所示。

圖1 設(shè)置通訊協(xié)議

在首次掃描時，特殊寄存器SM0.1被置1，使字節(jié)傳送指令(MOV_B)將數(shù)據(jù)“16#09”賦值給PLC端口0控制寄存器SMB30。這段程序?qū)⒍丝?定義為自由口協(xié)議、9600bps、8位/字符、無校驗，如表1。

表1 SMB30賦值含義

中斷連接指令(ATCH)將中斷事件“8”( 端口0接收中斷)與中斷服務(wù)程序INT0相關(guān)聯(lián)，當PLC發(fā)現(xiàn)端口0在接收數(shù)據(jù)時，立即調(diào)用INT0。

當PLC轉(zhuǎn)換至RUN(運行)模式時，中斷開始時被禁止。在RUN模式下，通過執(zhí)行全局中斷允許指令(ENI)，啟用所有中斷事件進程。

2.2 上電告知子程序

本站在上電并執(zhí)行完初始化子程序之后，進入上電告知子程序。本站首先檢查是否已經(jīng)收到對方站發(fā)來的上電信號(2位16進制數(shù)據(jù))，如果收到則向?qū)Ψ秸景l(fā)送響應(yīng)信號同時進入正常工作狀態(tài)，如果沒有收到則向?qū)Ψ秸景l(fā)送響應(yīng)信號并等待對方站的響應(yīng)信號。其程序流程圖如圖2所示。

圖2 上電告知子程序流程圖

2.3 斷電報錯子程序

斷電報錯子程序與上電告知子程序共同實現(xiàn)了斗輪堆取料機站與地面站之間通信狀態(tài)的協(xié)調(diào)。當本站斷電后，由UPS的蓄電池維持系統(tǒng)繼續(xù)工作十幾分鐘，在這段短暫的時間內(nèi)，系統(tǒng)執(zhí)行斷電報錯子程序。斷電使I0.0點復(fù)位，此時本站PLC判斷系統(tǒng)斷電并向?qū)Ψ秸景l(fā)送斷電信號(2位16進制數(shù)據(jù))。對方站在收到本站發(fā)來的斷電信號后，向本站發(fā)送響應(yīng)信號，同時進入故障狀態(tài)。在接收到對方站發(fā)回的響應(yīng)信號之前，本站連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)信號直至超時結(jié)束工作。其程序流程圖如圖3所示。

圖3 斷電報錯子程序流程圖

圖4 本站斷電處理

以斗輪堆取料機站斷電為例，編制斷電報錯子程序。斷電使斗輪堆取料機站PLC的I0.0(斷電輸入)點復(fù)位，此時斗輪堆取料機站PLC判斷系統(tǒng)斷電并向地面站發(fā)送斷電信號。

圖5 對方站斷電處理

地面站在收到斗輪堆取料機站發(fā)來的斷電信號(16#EA)后，向斗輪堆取料機站發(fā)送響應(yīng)信號，同時進入故障狀態(tài)。

在斷電響應(yīng)程序中，斷電信號與響應(yīng)信號的發(fā)送、接收程序結(jié)構(gòu)同“發(fā)送響應(yīng)程序”一樣，在“發(fā)送響應(yīng)程序” 結(jié)構(gòu)中需要替換的內(nèi)容詳見表2。

表2 斗輪堆取料機向地面站發(fā)送斷電信號

如果地面站與斗輪堆取料機站同時斷電，則雙方都運行斷電報錯子程序，互發(fā)斷電信及其響應(yīng)信號，見表3。

表3 地面站向斗輪堆取料機發(fā)送斷電信號

2.4 故障處理子程序

當進入故障狀態(tài)后，系統(tǒng)將故障顯示輸出點Q1.0置位，并將其他開關(guān)量輸出點復(fù)位。在故障狀態(tài)被成功復(fù)位之前，禁止所有開關(guān)量輸出點改變其狀態(tài)。為了防止故障復(fù)位操作按鈕被卡住或被短接導(dǎo)致故障功能被屏蔽，規(guī)定兩次復(fù)位操作的時間間隔大于10秒。其程序流程圖如圖6所示。

圖6 故障處理子程序流程圖

本站發(fā)送信號后，如果在規(guī)定時間內(nèi)未收到對方站的響應(yīng)信號，則系統(tǒng)判定為通訊超時。在通訊超時或者收到對方站發(fā)來的斷電信號的情況下，本站進入故障狀態(tài)。在故障復(fù)位之前，本站PLC除故障顯示Q1.0被置位之外，其他的開關(guān)量輸出(Q0.0～Q0.7和Q1.1～Q1.7)均被復(fù)位，見圖7，圖8。

圖7 進入故障狀態(tài)

復(fù)位操作有兩個途徑：一是按下“故障復(fù)位”按鈕；二是將PLC“重啟”，將特殊寄存器SM0.1(首次掃描時被置1)作為故障復(fù)位信號，見圖9。

圖9 復(fù)位操作計時

為了防止“故障復(fù)位”按鈕被卡住或被短接導(dǎo)致故障功能被屏蔽，規(guī)定兩次復(fù)位操作的時間間隔大于10秒。

3 結(jié) 語

本文討論了基于S7-200 PLC的自由口通訊功能及數(shù)傳電臺的斗輪堆取料機無線流程控制系統(tǒng)的斷電處理程序的設(shè)計與實現(xiàn)。PLC與數(shù)傳電臺的結(jié)合，在實現(xiàn)斗輪堆取料機流程控制無線化的同時，保證設(shè)備在出現(xiàn)斷電等異常狀態(tài)時能夠安全可靠運行。

1 關(guān)新平等.PLC自由口模式下的工業(yè)無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化儀表，2012(7).

2 劉瑞婷等.S7-200系列PLC自由口模式下實時通信技術(shù)研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2006(12).

3 童克波.S7-300/S7-200 PLC之間自由口無線通信的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2014(1).

4 李紅斌等.基于PLC和數(shù)傳電臺的集輸站遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化和儀器儀表，2013(4).

5 高飛.基于數(shù)傳電臺與PLC的鍋爐狀態(tài)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].山西科技，2015(3).

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Power-off Processing Program Designing for Wireless Process Control System of Bucket Wheel Stacker

ZHAO Lei

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology，Wuhan 430050，China)

Based on S7-200 PLC free port communication function, a power-off processing program is designed for the wireless process control system of bucket wheel stacker, including the initialization subroutine, advising subroutine, the power failure error subroutine and the fault handling subroutine. Power-off processing is realized based on PLC and wireless radio controlling system, so that safety can be guaranteed.

bucket wheel stacker；process control；free port communication; power off processing

2016年度湖北省教育廳科學(xué)研究計劃指導(dǎo)性項目(項目編號：B2016525)。

2016-05-15

趙 磊，男，講師，碩士，研究方向：電氣自動化。

TM92

A

1671-8100(2016)04-0034-04