200#碼頭消防炮遙控裝置的PLC控制分析及改造

麥顯文　何　恕

湛江港石化碼頭有限責(zé)任公司

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200#碼頭消防炮遙控裝置的PLC控制分析及改造

麥顯文何恕

湛江港石化碼頭有限責(zé)任公司

針對(duì)200#碼頭消防炮上、下、左、右4個(gè)方向只能通過操作臺(tái)手柄操作、缺少利用遙控器進(jìn)行電氣控制、不能適應(yīng)繁重生產(chǎn)及安全要求的情況，分析了原有消防炮遙控裝置的PLC控制系統(tǒng)程序，改造了200#碼頭消防炮遙控系統(tǒng)，達(dá)到了安全、實(shí)時(shí)的操控服務(wù)水平，增加了該碼頭安全生產(chǎn)的完整性。

消防炮； 遙控裝置； PLC控制

1　前言

200#碼頭是湛江港最大的油碼頭之一。200#碼頭消防炮主要由炮塔、消防管、泡沫炮、水炮、電動(dòng)閥門控制器組成。為了完善200#碼頭消防安全系統(tǒng)，公司決定在200#碼頭配置1套SAGA1-K4工業(yè)用無線電遙控裝置，以便碼頭值班人員隨身攜帶消防炮無線電遙控器，通過操作遙控器有效地控制碼頭前沿的消防炮噴射方向。但由于缺少200#碼頭消防炮原來的電氣控制原理圖和線路布線圖，200#碼頭消防炮PLC控制系統(tǒng)的CPU模塊的控制程序無法讀取(廠家已加密)且無法獲得原廠家技術(shù)支持，因此需在對(duì)原有消防炮遙控裝置的PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

2　融入原電氣控制系統(tǒng)的可能性分析

2.1繪制200#碼頭消防炮電氣控制原理圖

遙控裝置的PLC控制安裝，必須了解原電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)線路跟蹤與操作，繪畫出200#碼頭消防炮原PLC系統(tǒng)圖(見圖1)。圖1中手柄部分，1#水炮代表1號(hào)消防炮中水炮，1#泡沫代表1號(hào)消防炮中泡沫炮，同理2#水炮、2#泡沫、3 #水炮、3#泡沫代表意思與此類似。圖中故障部分，1#水炮有上下與左右，且輸入PLC時(shí)經(jīng)過熱繼電器1FR常開觸點(diǎn)，表示1號(hào)消防炮中水炮上下(或左右)故障是熱繼電器1FR(或2FR)動(dòng)作造成的。同理，1#泡沫、2#水炮、2#泡沫、3號(hào)水炮、3號(hào)泡沫的上下與左右故障分別是3FR、4FR、5FR、6FR、7FR、8FR、9FR、10FR、11FR、12FR。輸出部分，1KM、2KM、3KM、4KM分別是接通1號(hào)消防炮中水炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器；5KM、6KM、7KM、8KM分別是接通1號(hào)消防炮中泡沫炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器；9KM、10KM、11KM、12KM分別是接通2號(hào)消防炮中水炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器；13KM、14KM、15KM、16KM分別是接通2號(hào)消防炮中泡沫炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器；17KM、18KM、19KM、20KM分別是接通3號(hào)消防炮中水炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器；21KM、22KM、23KM、24KM分別是接通3號(hào)消防炮中泡沫炮的上、下、左、右動(dòng)作的接觸器。SL為消防炮中水炮或泡沫炮的微型行程開關(guān)，ST為為消防炮中水炮或泡沫炮的微型限位開關(guān)。

圖1　200#碼頭消防炮原PLC系統(tǒng)圖

2.2200#碼頭消防炮的工作原理

手柄動(dòng)作信號(hào)通過輸入PLC，再由PLC發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)接觸器，使電機(jī)動(dòng)作。從現(xiàn)場(chǎng)手柄操作知道，上、下、左、右4個(gè)動(dòng)作都是點(diǎn)動(dòng)，每一個(gè)消防炮有水炮與泡沫炮，每一個(gè)水炮或泡沫炮的上下左右，操作平臺(tái)上手柄都與之一一對(duì)應(yīng)。以1#水炮向上動(dòng)作為例：當(dāng)操作平臺(tái)1#水炮的手柄向上動(dòng)作時(shí)，PLC的I0.0指示燈亮，Q0.0指示燈也跟著亮，接觸器1KM動(dòng)作，電機(jī)M1運(yùn)行，同時(shí)1#水炮上指示燈亮，到所需位置后,松開手柄向上動(dòng)作, 1#水炮上指示燈滅。如果手柄一直向上，上行程開關(guān)1SL到位后，其常閉觸點(diǎn)會(huì)使1KM斷開，其常開觸點(diǎn)使中間繼電器1KA得電動(dòng)作，1KA常開觸點(diǎn)使1#水炮上指示燈常亮。限位開關(guān)1ST是在行程開關(guān)1SL失效后，又一層保護(hù)電機(jī)作用。

2.3遙控裝置的原理分析

從遙控裝置的接收機(jī)看，電源(～380V)接在線號(hào)(1)(2)，遙控器正面的上、下、左、右按鍵是3個(gè)消防炮水炮或泡沫炮公用的，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，得出遙控器上、下、左、右按鍵對(duì)應(yīng)接收機(jī)輸出線線號(hào)分別為(6)、(8)、(11)、(12)，線號(hào)為(6)、(8)的COM端為(5)，線號(hào)為(11)、(12)的COM端為(10)；1S代表1#水炮、1P代表1#泡沫炮、2S代表2#水炮、2P代表2#泡沫炮、3S代表3#水炮、3P代表3#泡沫炮。這些按鍵動(dòng)作是點(diǎn)動(dòng)的，也就是按鍵按下去后，其對(duì)應(yīng)的輸出導(dǎo)通，一松開手，其對(duì)應(yīng)的輸出不導(dǎo)通。AUX1(Star)代表遙控裝置開始通電啟動(dòng),對(duì)應(yīng)線號(hào)(3)、(4)接通，此按鍵動(dòng)作是自鎖的，也就是按鍵按下去后，其對(duì)應(yīng)的輸出導(dǎo)通，一松開手，其對(duì)應(yīng)的輸出還是導(dǎo)通；1S對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(15)，1P對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(16)，2S對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(19)，2P對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(20)，3S對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(22)，3P對(duì)應(yīng)的線號(hào)為(23)。其中線號(hào)(15)與線號(hào)(16)的COM端為(14)，線號(hào)(19)、(20)、(22)與(23)的COM端為(18)；紅色(STOP)代表急停，AUX2備用，在紅色(STOP)鍵兩邊的兩個(gè)黑色開關(guān)也是備用。

2.4技術(shù)分析

從上述可知，遙控裝置全部是開關(guān)量。從操作順序上，先開啟遙控裝置，再選擇1S、1P、2S、2P、3S、3P，最后選擇消防炮的上、下、左、右。所以用一個(gè)繼電器選擇無線遙控，在原程序的基礎(chǔ)增加6個(gè)繼電器，分別對(duì)應(yīng)1S、1P、2S、2P、3S、3P按鍵輸入，即選擇1S、1P、2S、2P、3S、3P，它們控制線路用上自鎖功能。為了安全，在電路上讓它們互鎖，然后，再用這6個(gè)繼電器每一個(gè)常開觸點(diǎn)都分別控制另外4個(gè)繼電器。這4個(gè)繼電器分別是上、下、左、右，這樣就需要24個(gè)繼電器。因?yàn)?S、1P、2S、2P、3S、3P都有上、下、左、右4個(gè)方向，就能與手柄中24個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來，24個(gè)繼電器的觸點(diǎn)分別與手柄中24個(gè)輸入點(diǎn)并聯(lián)起來，總共需要25個(gè)繼電器。此時(shí)，有2種方案能解決此問題。

第一種方案：保留消防炮原控制系統(tǒng)不變，按上述分析，用外接繼電器的方法來解決。此方案外置很多繼電器，線路過程繁瑣，因而故障率高，可靠性差。

第二種方案：在消防炮原控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用PLC內(nèi)部繼電器，改變?cè)械某绦颍黾虞斎牖蜉敵瞿K。在原來的基礎(chǔ)上增加PLC輸入點(diǎn)，包括選擇遙控、選擇上、選擇下、選擇左、右、選擇1S、選擇1P、選擇2S、選擇2P、選擇3S、選擇3P，一共增加11個(gè)輸入點(diǎn)；增加PLC輸出點(diǎn)有無線遙控指示1個(gè)輸出點(diǎn)。PLC控制外置具有繼電器少、可靠性強(qiáng)、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。

從技術(shù)上講，2種方案都是可行的，權(quán)衡利弊，我們決定采用第二種方案，即遙控裝置的PLC控制方案。

3　任務(wù)的實(shí)施

3.1繪畫消防炮原PLC梯形圖

為了設(shè)計(jì)工作更順利與節(jié)省時(shí)間，根據(jù)設(shè)計(jì)思路與現(xiàn)場(chǎng)控制線路實(shí)際需要，首先弄清楚原PLC程序，繪畫出消防炮原PLC梯形圖。為了保險(xiǎn)起見，還把此程序下載到PLC，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，完全符合原來設(shè)計(jì)要求。

3.2方案設(shè)計(jì)的要求

(1)原消防炮中水炮與泡沫炮作用(或功能)不變。

(2)在滿足控制要求的情況下，盡可能地留用原控制系統(tǒng)中可用元器件，盡可能保留原線路，不改變?cè)刂葡到y(tǒng)的電氣操作方法。

(3)電氣控制系統(tǒng)控制元件，包括操作手柄、熱繼電器、接觸器、行程開關(guān)、限位開關(guān)、指示燈等，作用與電氣線路相同。

(4)繼續(xù)使用原西門子S7-200 CPU224, 根據(jù)任務(wù)所需輸入輸出點(diǎn)數(shù)，可增加或減少DIDO模塊。

(5)線路編號(hào)可根據(jù)任務(wù)情況做適當(dāng)調(diào)整，做到快速、準(zhǔn)確與牢固。

3.3繪制輸入、輸出分配圖

原來PLC為SIMATIC S7-200 CPU224,DI、DO模塊EM223 3個(gè)，DO模塊EM222 1個(gè)。為了配合增加輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的需要，在原來基礎(chǔ)上增加SIMATIC 1個(gè)DI、DO模塊EM223，增加SIMATIC 1個(gè)DI模塊EM221，撤下SIMATIC DO模塊EM222 1個(gè)，結(jié)合200#碼頭消防炮電氣控制系統(tǒng)PLC梯形圖，繪制出新的PLC輸入、輸出分配圖。

3.4繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

保留原設(shè)計(jì)思想，繪制出如圖2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移原理圖，遙控裝置部分融入原程序設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移可參考此原理圖。現(xiàn)以1S(1#水炮)為例來說明，1P(1#泡沫)、2S(2#水炮)、2P(2#泡沫)、3S(3#水炮)、3P(3#泡沫)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移以此類推。

圖2　1S(1#水炮)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

(1)遙控器上啟動(dòng)遙控裝置(I3.2),它是遙控器開始操作的必要條件。

(2)選擇1S(1#水炮)，PLC內(nèi)部繼電器V250.0得電自鎖。為了防止錯(cuò)按鍵，將1P(1#泡沫)、2S(2#水炮)、2P(2#泡沫)、3S(3#水炮)、3P(3#泡沫)的常閉觸點(diǎn)串入程序中。

(3)選擇1S(1#水炮)動(dòng)作的種類。選擇上(I3.3)下(I3.4)或者左(I3.5)右(I3.6)時(shí)，要它們互鎖，即I3.3與I3.4互鎖、I3.5與I3.6互鎖；選擇上動(dòng)作時(shí)，PLC內(nèi)部繼電器V270.0得電動(dòng)作，讓內(nèi)部繼電器V270.0的常開觸點(diǎn)與1S(1#水炮)手柄向上動(dòng)作并聯(lián)，即可像手柄向上動(dòng)作一樣，通過原程序完成1S(1#水炮)上動(dòng)作。當(dāng)然，保留1S(1#水炮)上下故障(1FR)輸出信號(hào)Q4.0與1S(1#水炮)下動(dòng)作輸出信號(hào)Q0.1來控制1S(1#水炮)上動(dòng)作的輸出信號(hào)。同理，1S(1#水炮)的下動(dòng)作、左動(dòng)作、右動(dòng)作的狀態(tài)轉(zhuǎn)移與1S(1#水炮)上動(dòng)作的狀態(tài)轉(zhuǎn)移相同。

3.5編制梯形圖程序

結(jié)合繪制出來的原有PLC的梯形圖，原PLC輸入、輸出分配圖以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移原理圖后，又繪畫出新的PLC梯形圖，編譯成新PLC控制程序，為下一步進(jìn)行系統(tǒng)安裝和調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)。

3.6系統(tǒng)安裝及調(diào)試

(1)將設(shè)計(jì)好的程序下載到PLC中進(jìn)行編輯和檢查。

(2)使用I/O表在輸出表中“強(qiáng)制”調(diào)試。

(3)將調(diào)試好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)PLC，這時(shí)不帶負(fù)載，只接上接觸器線圈、信號(hào)燈等。

(4)合上電源后，首先操作手柄，觀察PLC對(duì)應(yīng)的輸入/輸出燈是否亮，再觀察各個(gè)消防炮動(dòng)作情況；手柄操作正常后，接著操作遙控器，觀察PLC對(duì)應(yīng)的輸入/輸出燈是否亮，信號(hào)是否正常，各接觸器動(dòng)作是否正常等，若不符合要求，則對(duì)硬件和程序做調(diào)整。

(5)遙控操作正常后，接上負(fù)載，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做一次完整的檢查，然后再做一次手柄操作與遙控器操作，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)值班人員多次操作驗(yàn)證正常并經(jīng)相關(guān)部門驗(yàn)收合格后交付使用。

4　結(jié)語

通過現(xiàn)場(chǎng)分析、實(shí)踐以及多次聽取操作人員意見，終于完成200#碼頭消防炮遙控裝置的PLC控制安裝任務(wù)，為公司爭(zhēng)得了聲譽(yù)和效益。

[1]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心. 典型工業(yè)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)安裝調(diào)試與維護(hù)(西門子系列)[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

[2]王建. 維修電工(技師、高級(jí)技師)考前輔導(dǎo)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]向曉汗,陸彬. 電氣控制與PLC技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2009.

[4]周斌,王明禮. 維修電工(技師)技能培訓(xùn)與鑒定考試用書[M]. 濟(jì)南：山東科技技術(shù)出版社，2008.

麥顯文：524000，廣東省湛江市霞山區(qū)友誼路1號(hào)

PLC Control Analysis and Improvement of the Remote Control Device of Fire Monitor at 200# Wharf

Mai XianwenHe Shu

Zhanjiang Port Shihua Wharf Limited Company

Since the up, down, left and right motions of the fire monitor at 200# wharf can only be operated manually rather than electric remote control, it cannot meet the onerous production demand and its safety production requirement. By designing and analyzing the PLC control system of the traditional fire monitor, the remote control system is developed for fire monitor at the 200# wharf, which finally achieved a safe and real-time control service and further increased the integrity of the wharf safety production.

fire monitor; remote control device; PLC control

2016-05-03

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.05.014