基于S7-400PLC 的調(diào)車機大臂保護程序的研究

嚴 創(chuàng)，莊 鵬，潘毅飛，張 皓，王 弼

（湖北荊州煤炭港務有限公司，湖北荊州 434020）

0 引言

公司貫通式三翻兩用翻車機在運行過程中載煤列車需解列后作業(yè)，鐵路專用線運維貨運崗人員在重車對位后進行放風、摘風管作業(yè)，該作業(yè)結(jié)束后通知翻車機操作人員開始卸車作業(yè)。中間雙方人員容易因人員未完全撤離作業(yè)區(qū)或溝通不到位設(shè)備便開始運行，導致發(fā)生機械傷害事故。根據(jù)運行中發(fā)現(xiàn)的安全隱患，基于PLC S7-400 研究一種保護程序加入翻車機原程序中，在技術(shù)層面消除安全隱患，確保運行操作安全。

1 湖北荊州煤炭港務有限公司一期工程簡介

湖北荊州煤炭港務有限公司一期工程主要為長江煤炭中轉(zhuǎn)碼頭，項目包含貫通式三翻翻車機1 臺（效率8000 t/h，現(xiàn)階段主要接卸C70E 與C80B 車型）、斗輪堆取料機5 臺（堆料效率4500 t/h，取料2000 t/h）、裝船機2 臺（額定效率1650 t/h，最大2000 t/h）、帶式輸送機31 條（帶寬2.2 m、1.8 m、1.4 m 三類）、鐵路專用線總長7.751 km、儲配基地站1 座。公司生產(chǎn)運行采取自營加運維外包模式，共外委3 個外委單位，生產(chǎn)運行與設(shè)備維護外委、鐵路專用線運行維護外委、機車外委，分別負責公司裝卸作業(yè)運行維護、鐵路專用線運行維護、機車運行維護。港口主要功能為浩吉鐵路來煤經(jīng)過翻車機翻卸，通過帶式輸送機轉(zhuǎn)運至條形堆場由堆取料機堆存。裝船作業(yè)由堆取料機在堆場指定垛位取料，經(jīng)皮帶傳送至裝船機裝船。船舶通過長江航道運往湖北、安徽、湖南、江西等地，實現(xiàn)北煤南運。

2 問題的提出

翻車機重車調(diào)車機作業(yè)過程中，其根據(jù)控制程序各部分裝置聯(lián)鎖動作，并且重車調(diào)車機軌道長度為173 m，大臂長度為2.64 m，大臂俯仰角度為0～90°，由此可知其行走范圍大、俯仰角度大。在一次作業(yè)中，鐵路貨運人員未到達安全區(qū)域，重車調(diào)車機便降大臂俯仰開始接車作業(yè)，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)及時，立即通知翻車機操作人員停止作業(yè)并跑往安全區(qū)域，險些造成機械傷害事故。因此，如何防止此類事情發(fā)生尤為重要，最好的解決辦法是在技術(shù)層面消除安全隱患起著關(guān)鍵性作用，所以需要一種技術(shù)方面的保護措施。

3 重調(diào)保護程序的背景及研究

3.1 翻車機重車調(diào)車機作業(yè)背景

荊州煤炭港務有限公司翻車機按照C96 車型設(shè)計并兼顧C70E 和C80B 車型接卸，由于浩吉鐵路未投運C96 車型，現(xiàn)階段主要運營車型為C80B。在實際卸車作業(yè)過程中，載煤重車對位翻車機入口端后開始火車放風、解列作業(yè)，該作業(yè)完成后，鐵路運維貨運員通知值班員，值班員通過對講機通知翻車機操作員可以開始卸車作業(yè)。操作員開始牽車作業(yè)，重車調(diào)車機（下稱重調(diào)）降大臂接重車，翻車機操作人員與鐵路運維人員非同單位，可開始作業(yè)指令經(jīng)值班員傳遞，可能發(fā)生鐵路運維人員未離開軌道重調(diào)便落大臂牽車情況，此時重調(diào)牽車作業(yè)易造成機械傷害。

3.2 重調(diào)保護程序的研究

為消除安全隱患，設(shè)想一種安全保護控制程序加解除按鍵，作業(yè)時采取人員手動確認方式，即鐵路運維人員未到安全區(qū)域按保護解除按鍵前翻車機操作員無法降重調(diào)落臂牽車，鐵路人員確認到達安全區(qū)域，通過解除按鍵解鎖程序后方可作業(yè)。所以根據(jù)該特點，設(shè)計在翻車機控制程序中加入一段確認程序來控制重調(diào)大臂俯仰動作，鐵路運維人員到達安全區(qū)域后按“放風解除”鍵2 s 程序解鎖，表示確認安全完畢，此時，翻車機重調(diào)大臂俯仰自鎖程序解除開始卸車作業(yè)。

4 程序段的設(shè)計與應用

程序設(shè)計目的：重調(diào)大臂保護程序基于翻車機西門子PLC S7-400 原程序設(shè)計，在翻車機原控制程序中加入保護程序段，控制重調(diào)大臂俯仰動作在鐵路貨運人員放風、摘管作業(yè)時自鎖，只有通過人工點擊按鍵方可解除保護程序，重調(diào)方可開始作業(yè)。程序設(shè)計步驟如下：

（1）在西門子PLC S7-400 原程序中打開翻車機控制程序?qū)ο笾械姆柋怼?/p>

（2）插入符號，添加M 點（中間繼電器控制點）“摘風落臂保護”與“摘風保護解除”兩個點（前者為M2006.0，后者為M2006.1），添加I 點“I124.7 放風保護”。

（3）選擇原程序?qū)ο髩K文件對象中的重調(diào)程序塊（FC18、Heavy Positioner）。

（4）先插入保護程序“I126.7 放風保護”、T667“摘風保護延時”和“M2006.0 重調(diào)放風保護”再插入解除程序“M2006.1 摘風保護解除”、T668“摘風解除延時”和“M2006.0 重調(diào)放風保護”程序段（圖1）。延時器T667 和T668 分別設(shè)為S5T#2S 即設(shè)置保護和解除2 s 延時。

圖1 重調(diào)放風保護與重調(diào)放風保護解除

（5）打開重調(diào)俯仰臂落臂程序段，M800.3“重調(diào)大臂降閥控制”程序中加入放風保護（圖2）。將“M2006.0重調(diào)放風保護”設(shè)置在M802.3“重調(diào)非行走狀態(tài)”之后，并在I30.3“重調(diào)大臂0°（檢測信號之前）”，程序放在這兩點中間的原因為M802.3 是重調(diào)靜止狀態(tài)，I30.3 為重調(diào)大臂初始位置，如果M802.3 動作即觸發(fā)保護程序，后續(xù)點I30.3 因保護程序信號通導致無動作信號即大臂無法俯仰，實現(xiàn)大臂俯仰動作保護控制。

圖2 重調(diào)放風保護

（6）保護程序設(shè)置完畢后，設(shè)置按鍵，在變量管理里面增加變量，選擇二進制，地址與STEP 7 中相同。

（7）打開WinCC 項目管理器，選擇圖形編輯器，設(shè)置形狀為圓形，點擊鼠標右鍵屬性—顏色。

（8）在背景顏色中添加動態(tài)動畫框。

（9）動態(tài)對話框中添加變量，添加布爾型，將“真”信號設(shè)為綠色，“假”信號設(shè)為紅色（圖3）并新建按鈕，右鍵屬性“文本”選擇“事件—鼠標”直接雙擊按鈕選擇，添加組態(tài)按鈕，常數(shù)設(shè)為“0”，變量設(shè)為“重調(diào)保護解除”。

圖3 真假信號顏色設(shè)置

（10）翻車機夾輪器操作箱區(qū)域為安全區(qū)域，在夾輪器就地操作箱中設(shè)置操作按鈕“防風解除”（圖4），保護程序中設(shè)置2 s延時，解除時需人工按2 s 按鈕后解除保護。

圖4 放風解除按鈕

（11）下載程序至S7-400PLC，應用于翻車機作業(yè)，作業(yè)過程中到解除保護環(huán)節(jié)時人工按2 s 按鈕，在程序上監(jiān)視運行狀態(tài)，觀察保護程序的動作信號狀態(tài)。

到此，完成保護功能的PLC 程序設(shè)計、組態(tài)按鍵設(shè)計、解除按鈕的設(shè)計，將程序下載至PLC 即投入應用。作業(yè)時，放風、摘管作業(yè)完畢后，通過程序的功能實現(xiàn)翻車機重調(diào)大臂俯仰動作自鎖保護功能，以及保護程序人工確認后解除功能。

5 保護程序的應用效果

翻車機重車調(diào)車機控制程序插入“摘風落臂保護”、“摘風保護解除”、“放風保護”、“2 s 延時”程序段后，實現(xiàn)重調(diào)大臂俯仰動作保護控制。原有卸車作業(yè)流程為重車到翻車機入口對重區(qū)后，貨運員開始放風、摘風管作業(yè)，作業(yè)完后用對講機通知鐵路運行班值班員，值班員告知生產(chǎn)運維翻車機操作員開始作業(yè)，翻控員開始卸車作業(yè)。加入保護程序后在貨運員放風、摘風管過程中翻車機重調(diào)大臂自鎖，無法動作。貨運員作業(yè)完畢后到翻車機夾輪器就地操作箱位置按“摘風解除”按鍵2 s 后翻車機程序解鎖，重調(diào)可動作。原卸車作業(yè)流程增加一項翻車機操作人員和鐵路運維人員雙向確認安全環(huán)節(jié)。當且僅當雙方人員確認后，翻車機才能開始作業(yè)。在保護程序添加之后，作業(yè)前將新功能向翻車機操作員和鐵路專用線運維貨運人員集中宣貫以及操作培訓，按照新操作流程作業(yè)，應用效果顯著，有效的避免安全事件的發(fā)生。

6 保護程序研究的意義

保護程序的研發(fā)，運行效果良好，主要意義如下：①在技術(shù)根源上消除安全隱患，有效地防止翻車機重車調(diào)車機運行中發(fā)生機械傷害事故；②程序邏輯簡單，便于編輯，實用性強；③強化安全生產(chǎn)作業(yè)流程，保障安全生產(chǎn)。

7 結(jié)束語

通過對翻車機重車調(diào)車機大臂俯仰動作自鎖保護程序的研究，提出簡單可行的程序自鎖保護控制方法，通過對保護程序的加載與應用，最終達到翻車機作業(yè)環(huán)節(jié)安全保護目的，能夠較大程度提高翻車機作業(yè)時的安全性，為翻車機安全運行程序提供的有力的技術(shù)支持。通過在荊州煤炭港務有限公司的實踐，印證了方法的有效性，并可為類似翻車機重車調(diào)車機系統(tǒng)運行作業(yè)時的人員保護和安全隱患消除提供一定的參考。