S7-200 NETR/NETW通信功能在橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐顯聰

（杭州易特易機(jī)電工程有限公司，浙江杭州310030）

0 引言

隨著PLC控制及變頻器調(diào)速普及，橋機(jī)PLC控制+變頻器調(diào)速電控系統(tǒng)也日益成熟。PLC具有控制優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低成本、高品質(zhì)，有利于適應(yīng)行業(yè)競爭。本文以武漢鍋爐核工廠房總裝車間200 t橋機(jī)電控系統(tǒng)為例，著重介紹運(yùn)用西門子S7-200通信功能實(shí)現(xiàn)橋機(jī)低成本分布式I/O，以減少連接電纜數(shù)量，實(shí)現(xiàn)集散控制，提高控制性能。

1 系統(tǒng)簡介

本橋式起重機(jī)主要用于武漢鍋爐核工專用廠房總裝車間總裝后的設(shè)備發(fā)運(yùn)吊裝。本橋機(jī)的電源由H型安全滑觸線提供，控制方式為PLC控制，操作方式為司機(jī)室+無線遙控；并在司機(jī)室設(shè)有重量顯示器，同時(shí)設(shè)置綜合狀態(tài)及故障觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)。

2 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)描述

本橋機(jī)電控系統(tǒng)在司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)內(nèi)設(shè)置一個(gè)主站（CPU224XP帶兩個(gè)自由口），網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為2和3；以一臺(tái)觸摸屏（GP2500）作為上位機(jī)，節(jié)點(diǎn)號(hào)為0；運(yùn)行柜和小車遠(yuǎn)程柜各設(shè)置一個(gè)從站（CPU224），網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)分別為4和5；編程通信電纜節(jié)點(diǎn)號(hào)為6，選擇多主站通信模式。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)鋱D

主站PLC輸入信號(hào)主要為整機(jī)的系統(tǒng)控制及各機(jī)構(gòu)的主令信號(hào)。輸出信號(hào)則是起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)正常顯示及各分站與主站的通信狀態(tài)反饋指示信號(hào)。主站PLC對每個(gè)從站開辟過程數(shù)據(jù)輸入輸出緩存映像區(qū)，以便通過網(wǎng)絡(luò)讀寫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。主站通過PORT 0與各從站CPU的PORT 0進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)，并通過PORT 1與上位機(jī)觸摸屏進(jìn)行通信，觸摸屏顯示本站和其他從站的I/Q運(yùn)行信息狀態(tài)及各機(jī)構(gòu)的故障狀態(tài)。

運(yùn)行柜分站PLC輸入信號(hào)包括系統(tǒng)保護(hù)（門限位、溫濕儀控制等），大小車運(yùn)行保護(hù)信號(hào)（減速、行程限位、熱過載保護(hù)等），各機(jī)構(gòu)變頻器、接觸器、斷路器正常工作反饋信號(hào)及遙控器的控制信號(hào)等。輸出信號(hào)主要是響應(yīng)主站發(fā)出的各機(jī)構(gòu)變頻器檔位輸出、相關(guān)接觸器動(dòng)作、變頻器故障復(fù)位等命令。

小車遠(yuǎn)程柜PLC輸入主要包括起升機(jī)構(gòu)的限位保護(hù)（減速、行程限位、超速等），起升機(jī)構(gòu)及小車運(yùn)行的制動(dòng)器、風(fēng)機(jī)等被控設(shè)備的接觸器、斷路器等反饋信號(hào)。輸出主要響應(yīng)主站發(fā)出的起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行制動(dòng)器、風(fēng)機(jī)等被控設(shè)備的動(dòng)作命令。

3 系統(tǒng)配置組態(tài)

打開西門子S7-200 PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP，建立各站程序模塊后，依次做以下工作：

3.1 通信端口組態(tài)

對各個(gè)站系統(tǒng)模塊設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)、通信波特率等參數(shù)，系統(tǒng)端口配置表如表1所示。

表1 系統(tǒng)端口配置表

3.2 網(wǎng)絡(luò)讀寫功能

接著通過工具欄中指令向?qū)нx中NETR/NETW指令，然后開始配置網(wǎng)絡(luò)讀寫功能，開辟主站、從站交換數(shù)據(jù)的映像區(qū)，如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)讀寫功能配置表

3.3 PLC編程

通過PLC編程實(shí)現(xiàn)對橋機(jī)的控制數(shù)據(jù)交換是通過MOVE指令將V區(qū)（緩存區(qū)）數(shù)據(jù)狀態(tài)傳給Q區(qū)或?qū)區(qū)數(shù)據(jù)傳給V區(qū)，當(dāng)然也包括一些M區(qū)中間變量的交換。

從站響應(yīng)主站命令是通過MOVE指令編程實(shí)現(xiàn)的，即將映像區(qū)的數(shù)據(jù)直接MOVE到執(zhí)行輸出Q區(qū)，如果發(fā)生通信中斷，Q區(qū)的數(shù)據(jù)將保持上個(gè)掃描周期獲得的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這樣就有可能出現(xiàn)不可控的危險(xiǎn)，輸入數(shù)據(jù)交換也存在這樣的情況。為防止由于前述原因發(fā)生安全事故，在軟件編程中實(shí)現(xiàn)了安全保護(hù)功能：通過讓每個(gè)CPU發(fā)出交變的脈沖信號(hào)并互相檢測，判斷每個(gè)CPU的工作狀態(tài)，如果發(fā)生某個(gè)CPU故障或通信故障，則會(huì)在規(guī)定的時(shí)間里檢測不到此交變脈沖信號(hào)的變化，便執(zhí)行緩存區(qū)清零指令，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.4 對上位機(jī)觸摸屏編程設(shè)置監(jiān)控畫面

完成了各站的程序編寫，將所有的輸入輸出點(diǎn)整理歸類，將數(shù)據(jù)存入觸摸屏緩存區(qū)，通過主站CPU PORT1端口與其交換。打開人機(jī)界面組態(tài)軟件ProPBWin C-Package03，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，設(shè)計(jì)合理的、人性化的上位機(jī)畫面。

4 本系統(tǒng)的特點(diǎn)

4.1 性價(jià)比高

一般高端用戶對于控制系統(tǒng)的通信模式會(huì)想到采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線方式，這樣一般就會(huì)用S7-300帶DP通信功能的CPU，且從站還需通信連接模塊，如單單運(yùn)行于變頻橋機(jī)簡單的數(shù)字邏輯給定，這樣性價(jià)比就差了很多。然而們利用S7-200 NETR/NETW通信功能實(shí)現(xiàn)分布式I/O控制，既保證了產(chǎn)品的高品質(zhì)，又具備較高的性價(jià)比。

4.2 硬件擴(kuò)展性好

由于遙控器操作方式的增加，遙控器的許多信號(hào)控制點(diǎn)是分散的，傳統(tǒng)做法是設(shè)置一個(gè)遙控器柜，將輸出信號(hào)通過轉(zhuǎn)接的方式傳輸給被控單元，這樣如果沒有相應(yīng)的保護(hù)，這些輸出信號(hào)有可能在轉(zhuǎn)接的過程中導(dǎo)致短路、斷路或接地等故障，最終可能損壞遙控接收器。本控制系統(tǒng)可以讓遙控輸出信號(hào)就地連接在PLC輸入模塊里，減少轉(zhuǎn)接線，減少故障點(diǎn)。同樣，如果要在小車上增加起升機(jī)構(gòu)減速箱油泵的控制，只需將油泵的斷路器和接觸器放在遠(yuǎn)程柜內(nèi)，接上動(dòng)力控制線即可，不用從起升柜拉線經(jīng)過掛纜再到油泵。由此可見，此系統(tǒng)有較好的硬件擴(kuò)展性。

5 結(jié)語

采用NETR/NETW通信方式來就地采集許多信號(hào)，并就地執(zhí)行需遠(yuǎn)程邏輯條件控制的命令，方便了上位機(jī)的監(jiān)控，減少了現(xiàn)場接線，節(jié)約了線纜成本，減少了故障點(diǎn)。在編程控制中設(shè)置通信保護(hù)程序，使得整機(jī)安全可靠，使整機(jī)的無故障運(yùn)行得到了可靠的保障，大大了減少檢修、維護(hù)的工作量，且提高了整機(jī)的品質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)了低成本、高品質(zhì)的控制理念。

[1]西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z].

[2]殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]西門子（中國）有限公司自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子S7-200 PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.