一個可編程控制器的應(yīng)用

摘要: 可編程控制器自問世以來，發(fā)展極其迅速，已經(jīng)運(yùn)用在很多領(lǐng)域中。本文以西門子S7—300為例，介紹其在機(jī)車保護(hù)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞: 可編程控制器機(jī)車保護(hù)系統(tǒng)編程實現(xiàn)程序?qū)嵭?/p>

一、概述

可編程控制器(PLC)是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。近年來，隨著PLC的日漸成熟，越來越多控制系統(tǒng)都采用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制。特別是在安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中，PLC以其可靠性強(qiáng)、動作速度快、安全性能好的特點得到了各行各業(yè)廣泛的應(yīng)用。

二、S7-300PLC簡介

S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合而構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速的指令運(yùn)算速度;能用浮點數(shù)運(yùn)算實現(xiàn)較為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算;帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具可以方便地給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值;S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)集成了方便的人機(jī)界面，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送;CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時，模塊更換，等等);多級口令保護(hù)可以高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改;S7-300PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。S7-300PLC具備強(qiáng)大的通信功能，可通過編程軟件Step7的界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng);串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng);多點接口(MPI)集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。SIMATICS7—300的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)，其主要功能有高速的指令處理、浮點數(shù)運(yùn)算、人機(jī)界面(HMl)、診斷功能、程序保護(hù)。完全能實現(xiàn)列車自動防護(hù)系統(tǒng)ATP(AutomaticTrainProtection)的功能。在線實現(xiàn)火車的運(yùn)行速度、軸溫、電流等重要參數(shù)測控及緊急狀態(tài)下安全聯(lián)鎖保護(hù)。如果加上人機(jī)界面(HMl)和存儲設(shè)備，可以實現(xiàn)顯示和記錄功能，能有效防止列車超速，還能以圖形曲線、數(shù)字報表等形式再現(xiàn)列車運(yùn)行過程。

三、機(jī)車保護(hù)系統(tǒng)概述

對于一些機(jī)車控制、傳動控制及重要崗位的操作人員身體狀態(tài)在線檢測是非常重要的。例如高速運(yùn)行的火車駕駛司機(jī)由于突發(fā)疾病暈倒而無法操作，那么整列火車乘客的生命安全是非常危險的。所以在一些國際先進(jìn)的動車組機(jī)車控制室內(nèi)的操作崗位上，安裝了操作人員檢測的設(shè)備。在操作人員的腳下有了一個像“油門”式的踏板，操作人員每隔三十秒必須踩一下這個踏板，證明操作人員身體狀態(tài)良好或在操作崗位上。否則，超過三十秒沒有檢測到踏板返回信號，蜂鳴器就會發(fā)出報警，提醒操作人員踩踏板。如果操作人員由于身體突發(fā)疾病或擅自離崗，報警超過兩分鐘，機(jī)車就會自動剎車，保證整列火車乘客的人身安全;還有一種情況，如果操作人員由于身體突發(fā)疾病暈倒，正好壓在踏板上面，或者有東西壓在踏板上，這樣踏板就一直有返回信號。在程序設(shè)計時考慮到這點，當(dāng)踏板連續(xù)三十秒有返回信號時，蜂鳴器同樣會發(fā)出報警，并且報警超過兩分鐘自動剎車。本文以這個連鎖保護(hù)為例，介紹PLC在安全連鎖保護(hù)中的應(yīng)用。

四、編程實現(xiàn)

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件和軟件兩部分，而程序的設(shè)計是控制系統(tǒng)中工作量最大、最重要的一項工作。一個好的程序不僅可以減少I/O點數(shù)，節(jié)省硬件成本，而且可以減少PLC程序步驟和占用的空間，收到事半功倍的效率。在本程序中，由于踏板有無信號定時器都要啟動，也就是說無論是踩踏板的時間還是不踩踏板的時間都不能超過30秒，如果超過30秒報警就要啟動，因此在寫程序時把上升沿和下降沿邊沿檢測指令并聯(lián)。這樣無論踏板得信號的開始還是失信號的開始都能激發(fā)30秒的定時器啟動。當(dāng)擴(kuò)展脈沖定時器定時到30秒后，報警線圈得電，蜂鳴器報警，提醒操作人員踩踏板。

當(dāng)報警啟動后，接通延時定時器啟動，定時兩分鐘。如果在兩分鐘之內(nèi)，操作人員踩了踏板，報警解除。T1重新定時，T2停止定時。如果在兩分鐘之內(nèi)操作人員沒有踩踏板，T2接通延時定時器定時到兩分鐘后，殺車啟動。機(jī)車緊急停車，連鎖保護(hù)乘客安全。

五、PLC的程序執(zhí)行過程

PLC在運(yùn)行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作(串行工作)方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，因此從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(并行)完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。

PLC的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作;而PLC采用掃描工作方式(串行工作方式)，如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作，必須等掃描到該時才會動作。但由于PLC的掃描速度快，通常PLC與電器控制裝置在I/O的處理結(jié)果上并沒有什么差別。

六、結(jié)語

以PLC為控制核心的連鎖保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，從歐洲各大公司生產(chǎn)的聯(lián)鎖系統(tǒng)可以看出，計算機(jī)連鎖的進(jìn)一步發(fā)展方向是:編制程序采用SIMATIC編程技術(shù)，使設(shè)備復(fù)雜程度低、規(guī)格小、靈活性大，價錢便宜，且能確保安全。

參考文獻(xiàn):

[1]宋建成編著.可編程序控制器原理與應(yīng)用，科學(xué)出版社.

[2]劉美俊編著.西門子S7-300/400 PLC應(yīng)用案例解析.電子工業(yè)出版社.