ABB PLC在斗輪機電氣控制系統中的應用

于關田

摘 要：文章簡單闡述3ABB公司的AC800M系列PLC（可編程控制器）在斗輪機電氣控制系統中的應用，這是該公司第一次在斗輪機項目上自己獨立設計應用該類型的PLC系統。

關鍵詞：PLC（可編程控制器）；Profibus-DP通訊

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0047-02

1 PLC概述

斗輪機作為重要的輸煤設備現已廣泛用于電廠的燃料儲運煤場。我國是從20世紀60年代中期開始設計制造斗輪機的，主要用在大型散貨港口，火力發電廠的儲煤場、大型鋼鐵公司的礦石煤炭原料場、大型水泥廠等眾多企業。

PLC（可編程控制器）的優點是：它不單能準確完成復雜的邏輯控制，還能實現各種繁瑣的順序或定時的閉環控制功能；并且外形體積小，工作穩定性好、可靠性能高，還具備很強的抗干擾能力，能長時間在惡劣的工作環境下，安全、可靠地不間斷工作；PLC使用模塊式結構，由框架和各種類型的模塊組成，模塊結構配置靈活，裝配簡單，方便于擴展和維護；并可以根據用戶不同的需求配置MB+、RS232C、RS485、Ethernet、Profibus-DP等各種通訊接口和處理模塊，方便與第三方和各級管理層進行實時的數據通訊。PLC已經成為現在各行業電氣控制系統中應用最為廣泛的核心設備，是特別針對復雜和惡劣的工業環境下應用而設計的程序控制處理器。

2 項目介紹和方案

本文以湛江港斗輪取料機為例，簡單闡述了PLC在斗輪機電氣控制系統中實際的應用。根據用戶和工藝設計的要求，斗輪取料機工作運行的流程監控部分采用了最為典型的兩層監控方式：生產管理層和現場控制層。生產管理層是以IPC（工業計算機）作為主要的HMI人機界面（Human-Machine Interface），完成對現場的監控、生產操作和設備管理等，主要是面向管理人員，屬于程控室監控管理系統；現場控制層是以PLC為核心構成的，實現生產現場的各類型數據采集和過程控制等，重點是面向現場生產運行過程操作人員。

斗輪取料機PLC控制系統除了能實現生產現場的運行過程基本控制、各類型的信號采集和大量的數據處理外，還可將變頻器加入到PLC網絡中，實現PLC與變頻器之間的數據交換，通過PLC直接控制變頻器的運行；本臺斗輪取料機PLC網絡中有一臺工業計算機，實現對PLC進行編程、程序上下載、網絡組態、讀寫PLC數據、監控現場各設備啟停等操作，采用簡潔、明晰、直觀的動態圖形來表示各個機構的狀態，并詳細記錄設備的運行狀態、故障信息等，并能以靈活的方式查詢這些信息；并留有與程控室通訊的網絡接口，控制總線協議采用Profibus、DeviceNet或工業以太網協議。

3 項目硬件配置

為了滿足上面提到的湛江港斗輪取料機取料作業流程監控系統的控制要求，湛江港項目采用ABB公司產品，選用目前主流可編程邏輯控制器中的AC800M系列PLC，AC800M采用模塊化設計，支持多種通訊協議標準，如：Ethernet、Profibus、RS232C等。PLC硬件配置為：

①CPU處理模塊：ABB公司的AC800M系列PLC的CPU有PM860、PM856、PM851等不同功能配置的型號，湛江港斗輪取料機項目控制系統采用了AC800M系列中高端配置的PM860，在CPU上帶有：2個自集成的串行通訊接口和1個可配置各種CF卡的擴展口，CPU模塊的底板本身集成2個以太網接口，滿足與兩臺工業計算機之間的通訊，并留有與程控室通訊的網絡接口。

②本地擴展：AI810模擬量輸入模塊1個，AO810模擬量輸出模塊1個，DI810開關量輸入模塊8個。

③分布式擴展：DI810開關量輸入模塊1個，DO810開關量輸出模塊4個。

④遠程擴展：DI810開關量輸入模塊6個，DI814開關量輸入模塊2個，AI810模擬量輸入模塊1個。

⑤電源模塊：SD822模塊輸入電源為AC115-230 V，輸出電源為DC24 V，5A共3個，根據電源模塊的輸出電流，每個電源模塊可接10個I/O模塊。

⑥Profibus通訊：所有本地、擴展模塊通過Profibus通訊模件CI854、CI801連接，保證網絡中模塊的通訊傳輸速率。

如圖1所示，為本項目斗輪取料機PLC系統的硬件配置和通訊網絡結構。

4 PLC通訊網絡

4.1 PLC與變頻器之間的通訊

PLC與變頻器之間選用Profibus-DP通訊協議，Profibus-DP是廣泛應用的一種協議、主要用于現場級的主從通信，實現現場級控制系統與分布式I/O及其它現場級設備之間的通信（它有極好的抗電磁干擾性能）。為每臺變頻器配備適用Profibus-DP通訊協議的卡件，本項目選用RPBA-01作為ACS800系列變頻器Profibus-DP現場總線適配器。

4.2 PLC與程控室之間的通訊

PLC與程控室之間通訊采用工業以太網協議，PLC網絡通過以太網交換機轉成光纖連接至程控室。

4.3 PLC與工業計算機之間的通訊

PLC通過工業以太網協議建立與工業計算機的網絡連接。

5 軟件配置

ABB公司的AC800M系列PLC的編程軟件為Control Builder M Professional（CBM），CBM支持五種不同的編程語言：功能塊（FBD）；語句表（IL）；梯形圖（LD）；結構文本（ST）；順控圖（SFC）。CBM軟件可以實現AC800M系列PLC系統的全部功能設置，不僅包括本身的總線通訊接口，而且還有全面的可視化調試工具，強大的自診斷功能，實時的報警處理和開放的數據接口。

5.1 Ifix軟件的優點

本斗輪取料機項目工業計算機應用了美國Intellution公司的Ifix組態軟件，Ifix組態軟件是專門的工業監控軟件，Ifix軟件具有如下優點：

①Ifix軟件支持多種圖形格式，并不斷完善新的圖形庫，解決了由于以前圖形過大而引起的存儲空間不足問題。Ifix組態軟件強大的圖形處理功能，給軟件開發和使用帶來了方便。

②Ifix軟件提供多種數據類型，并具有現成的功能塊；如PID塊、計時塊、趨勢塊、歷史報警記錄塊、計算塊等等，這對于數據轉化，斗輪取料機運行時間計算等工作可以不必在畫面中去做，大大簡化了設計者的工作。

③Ifix軟件具有強大的網絡功能，Ifix組態軟件不必人工設定，只要保持物理上的聯結，就可以自動尋找設備的網絡結點。

④Ifix軟件具有良好的通信功能，Ifix組態軟件是基于組件對象技術（COM、DCOM），是專業從事監控工作的軟件，幾乎所有的工業應用都有相應的硬件接口，應用穩定性好，工作可靠，更適用于復雜的工業現場應用。

⑤Ifix軟件本身內嵌有VBAiFIX編程語言，還帶有SQL數據語言，I/O驅動支持ADO、RDO等，因此對于Access、FoxPro、SQL Server、Oracle等一般的數據庫軟件和Office等常用的辦公軟件都能很好的訪問和操作。

5.2 用Ifix軟件設計的HMI人機畫面的內容

湛江港取料機項目在上位機上用Ifix軟件設計了標準的HMI人機界面，畫面主要包括如下幾個方面的內容：

①斗輪取料機系統操作功能：它設有單動、聯動和半自動三種工作方式，在設備安裝調試或故障檢修階段一般用單動操作方式，正常工作運行時采用聯動或半自動方式，來實現對一些重要的連鎖信號和模擬量數據的精確控制。

②斗輪取料機故障報警記錄和顯示：各個機構的運行狀態和故障信息，如變頻器故障、斗輪過力矩、電機過載等進行實時報警和記錄。當處于監控下的任何一個變量，如電機電流超出預先設定的安全值時，HMI畫面中的報警燈就會立即閃爍，同時報警對話框會被自動彈出；在彈出的對話框中斗輪機操作者可以檢查報警超出的范圍和故障信息的出處，并對此采取相應的措施。

③斗輪取料機狀態及測量參數系統實時、相關累積值顯示。

④斗輪取料機備件信息管理。

⑤斗輪取料機技術資料信息管理。

⑥斗輪取料機生產管理信息系統。

6 結 語

本論文通過PLC硬件配置和網絡通訊構成等幾個方面，簡單介紹ABB公司的AC800M系列PLC在湛江港斗輪取料機項目中的實際應用，湛江港斗輪取料機控制系統功能全面，性價比高，本系統中PLC控制充分發揮了其通訊可靠、配置靈活多樣、編程簡易和可現場調試等優點，將斗輪、回轉等機構的變頻器接入PLC系統Profibus-DP網絡中，極大地加強了湛江港斗輪取料機控制系統的穩定性。

參考文獻：

[1] 唐培林.現場總線技術應用[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

5.1 Ifix軟件的優點

本斗輪取料機項目工業計算機應用了美國Intellution公司的Ifix組態軟件，Ifix組態軟件是專門的工業監控軟件，Ifix軟件具有如下優點：

①Ifix軟件支持多種圖形格式，并不斷完善新的圖形庫，解決了由于以前圖形過大而引起的存儲空間不足問題。Ifix組態軟件強大的圖形處理功能，給軟件開發和使用帶來了方便。

②Ifix軟件提供多種數據類型，并具有現成的功能塊；如PID塊、計時塊、趨勢塊、歷史報警記錄塊、計算塊等等，這對于數據轉化，斗輪取料機運行時間計算等工作可以不必在畫面中去做，大大簡化了設計者的工作。

③Ifix軟件具有強大的網絡功能，Ifix組態軟件不必人工設定，只要保持物理上的聯結，就可以自動尋找設備的網絡結點。

④Ifix軟件具有良好的通信功能，Ifix組態軟件是基于組件對象技術（COM、DCOM），是專業從事監控工作的軟件，幾乎所有的工業應用都有相應的硬件接口，應用穩定性好，工作可靠，更適用于復雜的工業現場應用。

⑤Ifix軟件本身內嵌有VBAiFIX編程語言，還帶有SQL數據語言，I/O驅動支持ADO、RDO等，因此對于Access、FoxPro、SQL Server、Oracle等一般的數據庫軟件和Office等常用的辦公軟件都能很好的訪問和操作。

5.2 用Ifix軟件設計的HMI人機畫面的內容

湛江港取料機項目在上位機上用Ifix軟件設計了標準的HMI人機界面，畫面主要包括如下幾個方面的內容：

①斗輪取料機系統操作功能：它設有單動、聯動和半自動三種工作方式，在設備安裝調試或故障檢修階段一般用單動操作方式，正常工作運行時采用聯動或半自動方式，來實現對一些重要的連鎖信號和模擬量數據的精確控制。

②斗輪取料機故障報警記錄和顯示：各個機構的運行狀態和故障信息，如變頻器故障、斗輪過力矩、電機過載等進行實時報警和記錄。當處于監控下的任何一個變量，如電機電流超出預先設定的安全值時，HMI畫面中的報警燈就會立即閃爍，同時報警對話框會被自動彈出；在彈出的對話框中斗輪機操作者可以檢查報警超出的范圍和故障信息的出處，并對此采取相應的措施。

③斗輪取料機狀態及測量參數系統實時、相關累積值顯示。

④斗輪取料機備件信息管理。

⑤斗輪取料機技術資料信息管理。

⑥斗輪取料機生產管理信息系統。

6 結 語

本論文通過PLC硬件配置和網絡通訊構成等幾個方面，簡單介紹ABB公司的AC800M系列PLC在湛江港斗輪取料機項目中的實際應用，湛江港斗輪取料機控制系統功能全面，性價比高，本系統中PLC控制充分發揮了其通訊可靠、配置靈活多樣、編程簡易和可現場調試等優點，將斗輪、回轉等機構的變頻器接入PLC系統Profibus-DP網絡中，極大地加強了湛江港斗輪取料機控制系統的穩定性。

參考文獻：

[1] 唐培林.現場總線技術應用[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

5.1 Ifix軟件的優點

本斗輪取料機項目工業計算機應用了美國Intellution公司的Ifix組態軟件，Ifix組態軟件是專門的工業監控軟件，Ifix軟件具有如下優點：

①Ifix軟件支持多種圖形格式，并不斷完善新的圖形庫，解決了由于以前圖形過大而引起的存儲空間不足問題。Ifix組態軟件強大的圖形處理功能，給軟件開發和使用帶來了方便。

②Ifix軟件提供多種數據類型，并具有現成的功能塊；如PID塊、計時塊、趨勢塊、歷史報警記錄塊、計算塊等等，這對于數據轉化，斗輪取料機運行時間計算等工作可以不必在畫面中去做，大大簡化了設計者的工作。

③Ifix軟件具有強大的網絡功能，Ifix組態軟件不必人工設定，只要保持物理上的聯結，就可以自動尋找設備的網絡結點。

④Ifix軟件具有良好的通信功能，Ifix組態軟件是基于組件對象技術（COM、DCOM），是專業從事監控工作的軟件，幾乎所有的工業應用都有相應的硬件接口，應用穩定性好，工作可靠，更適用于復雜的工業現場應用。

⑤Ifix軟件本身內嵌有VBAiFIX編程語言，還帶有SQL數據語言，I/O驅動支持ADO、RDO等，因此對于Access、FoxPro、SQL Server、Oracle等一般的數據庫軟件和Office等常用的辦公軟件都能很好的訪問和操作。

5.2 用Ifix軟件設計的HMI人機畫面的內容

湛江港取料機項目在上位機上用Ifix軟件設計了標準的HMI人機界面，畫面主要包括如下幾個方面的內容：

①斗輪取料機系統操作功能：它設有單動、聯動和半自動三種工作方式，在設備安裝調試或故障檢修階段一般用單動操作方式，正常工作運行時采用聯動或半自動方式，來實現對一些重要的連鎖信號和模擬量數據的精確控制。

②斗輪取料機故障報警記錄和顯示：各個機構的運行狀態和故障信息，如變頻器故障、斗輪過力矩、電機過載等進行實時報警和記錄。當處于監控下的任何一個變量，如電機電流超出預先設定的安全值時，HMI畫面中的報警燈就會立即閃爍，同時報警對話框會被自動彈出；在彈出的對話框中斗輪機操作者可以檢查報警超出的范圍和故障信息的出處，并對此采取相應的措施。

③斗輪取料機狀態及測量參數系統實時、相關累積值顯示。

④斗輪取料機備件信息管理。

⑤斗輪取料機技術資料信息管理。

⑥斗輪取料機生產管理信息系統。

6 結 語

本論文通過PLC硬件配置和網絡通訊構成等幾個方面，簡單介紹ABB公司的AC800M系列PLC在湛江港斗輪取料機項目中的實際應用，湛江港斗輪取料機控制系統功能全面，性價比高，本系統中PLC控制充分發揮了其通訊可靠、配置靈活多樣、編程簡易和可現場調試等優點，將斗輪、回轉等機構的變頻器接入PLC系統Profibus-DP網絡中，極大地加強了湛江港斗輪取料機控制系統的穩定性。

參考文獻：

[1] 唐培林.現場總線技術應用[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.