摘要

以西門子SIMATIC S7-300型可編程控制器為核心，應用了PROFIBUS-DP現場總線技術，組成分布式I/O系統，實現了卸料小車自動、半自動和手動卸料控制，滿足了生產工藝要求，達到了預期的效果。

關鍵詞：移動式卸料小車  PLC   現場總線

1、引言

原料預配料工序是煉鐵生產工藝中的原料準備環節，是將料場中的原料通過皮帶運輸機送至預配料車間，按照一定的配比，將各種原料進行預配料，并通過皮帶運輸機經混勻堆料機沿料場長度方向進行平鋪堆積。然后用混勻取料機切取料堆成對配制，送燒結車間配礦槽。此次改造主要包括配料車間移動式卸料小車及其附屬設備。

2、系統組成及其控制

預配料車間設置有兩套移動式卸料車，每套卸料車配備有配電柜、操作柜和車載電控箱，主要用于料車行進電機、卸料擋板電機、卡軌器電機的操作與控制。電控柜與移動卸料車之間的電纜采用卷筒卷繞方式。在機旁或主控制室選定卸料車的目標工位后，根據卸料車實際工位，控制卸料車進行前進或后退，料車到達指定工位或到達前進、后退極限位置時自動停止。料車開始運行前，卡軌器必須打開，當料車停到指定位置后，操作卸料擋板打開或關閉，完成向中間或旁路卸料。圖2.1 移動式卸料車工藝示意圖

2.1、改造的必要性

2.1.1移動式卸料車與電氣柜之間的電纜采用電纜卷筒卷繞方式，小車行進中隨著跨度加大，電纜承受的張力也逐漸加大，原卸料車推進系統為雙電機驅動，工頻運行方式，無法完成同步平滑起停，對小車卷繞電纜沖擊較大，導致電纜使用壽命縮短，故障頻繁，嚴重影響料場正常生產。

2.1.2預配料車間現場粉塵較多，原系統采用繼電器-接觸器控制，連鎖保護功能欠缺，故障率高，維護困難，且無法實現在上位機的遠程監控功能。

2.2、被控對象：

表3.1：配料車間設備一覽表

名    稱	類   別	是否可逆	操作方式	運行方式	備   注
料車行進電機1	交流異步電機	可逆	集中/機旁	連續運行	目前在用
料車行進電機2	交流異步電機	可逆	集中/機旁	連續運行	目前在用
卸料擋板電機1	交流異步電機	可逆	集中/機旁	同步點動	目前在用
卸料擋板電機2	交流異步電機	可逆	集中/機旁	同步點動	目前在用
卡軌器電機1	交流異步電機	不可逆	集中/機旁	連續運行	目前停用
卡軌器電機2	交流異步電機	不可逆	集中/機旁	連續運行	目前停用

2.3、I/O點統計（詳見I/O統計表）：

數字量輸入點：約50點，數字量輸出點：約45點

3、改造方案設計：

3.1、操作方式：

3.1.1手動方式

在主控制室選定卸料車的目標工位后，操作工根據卸料車實際工位，操作卸料車前進或后退，料車到達指定工位，由操作工手動操作卸料擋板打開或關閉，完成向中間或旁路卸料。在小車前進或后退到極限位置時自動停止。料車開始運行前，自動將卡軌器先行打開。

3.1.2半自動方式

在機旁或集中操作臺選定卸料車的目標工位后，根據卸料車實際工位，PLC發出操作卸料車前進或后退指令，料車到達指定工位或到達前進、后退極限位置時自動停止。料車開始運行前，卡軌器必須打開，當料車停到指定位置后，手動操作卸料擋板打開或關閉，完成向中間或旁路卸料。

3.1.3全自動方式

PLC采集來自上級自動化系統的1～8＃料倉倉位信號，判斷卸料目標位，并根據卸料車實際工位，發出操作卸料車前進或后退指令，料車到達指定工位時自動停止，開始向中間和旁路卸料，卸料完成后，自動尋找下一個目標進行卸料操作。

3.2、主要聯鎖功能

3.2.1急停控制：在主控室或機旁操作臺上按下急停按鈕后，料車停止運行，卡軌器關閉，卸料擋板保持原位。

3.2.2電氣互鎖：可逆運行的電機保證正反向不能同時得電。

3.2.3料車運行：必須在選定至少一個目標工位后，才能操作料車前進或后退。當料車到達目標工位或者運行至前進/后退極限位置時，自動停車。

3.2.4卸料擋板：擋板打開/關閉到位后，自動停止動作。

3.2.5料咀堵塞檢測：能自動檢測料咀原料阻塞，并發出報警，并連鎖相關設備停機

4、系統設計

4.1系統硬件組成

采用由西門子S7-300型可編程控制器，CPU板選用315-2DP型，該款CPU集成有PROFIBUS-DP通訊接口，便于進行與上位機、現場ET站及變頻器的通訊，CPU自帶128K的RAM存儲器，并可根據用戶程序要求擴展。PLC柜機架16DI板1塊，16DO板1塊?，F場主操作臺ET站設置32DI板2塊，16路DI板1塊，16DO板2塊；集控室ET站設置16DI板2塊，16DO板2塊。

圖4.1 PLC網絡接口圖

4.2軟件設計

本項目采用模塊化編程技術，由主程序OB1和OB35調用各功能子程序，提高了編程效率和程序的可讀性。本項目應用了西門子STEP 7編程環境下的SFC（順序功能流程圖）和 STL/LAD/FBD（語句表/梯形圖/功能塊圖）程序設計語言。

表4.1：PLC程序塊說明

名稱	類型	執行屬性	主要功能	編程語言
OB1	組織塊	循環執行	項目主程序，負責各子程序的調用	STL
OB35	組織塊	時間中斷	調用SFC和CFC程序	STL
FC101	功能塊	循環執行	卸料小車位置檢測記錄	STL/LAD/FBD
FC102	功能塊	循環執行	集控方式全自動卸料控制協調	STL/LAD/FBD
FC103	功能塊	循環執行	就地/集控方式手動卸料控制協調	STL/LAD/FBD
FC104	功能塊	循環執行	料倉倉位檢測	STL/LAD/FBD
FC105	功能塊	循環執行	集控方式：手動及半自動卸料控制	STL/LAD/FBD
FC106	功能塊	循環執行	就地方式：手動及半自動卸料控制	STL/LAD/FBD
SFC1	流程圖	時間中斷	全自動卸料控制	SFC
DB1	數據塊	循環中斷	上級自動化通訊接口數據塊

5、編程調試

5.1硬件組態

圖4.2 卸料小車PLC硬件配置圖

5.2結構化編程

圖4.3 卸料小車PLC程序結構圖

6、結束語

本文內容涵蓋了從項目調研、方案確定、到自動化系統編程調試的全部過程，新系統的投用，滿足了生產工藝要求，達到了預期的效果，是應用可編程控制器對舊控制系統進行升級改造的一次有益嘗試。