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摘 要：文章简单阐述3ABB公司的AC800M系列PLC（可编程控制器）在斗轮机电气控制系统中的应用，这是该公司第一次在斗轮机项目上自己独立设计应用该类型的PLC系统。
关键词：PLC（可编程控制器）；Profibus-DP通讯
中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0047-02
1 PLC概述
斗轮机作为重要的输煤设备现已广泛用于电厂的燃料储运煤场。我国是从20世纪60年代中期开始设计制造斗轮机的，主要用在大型散货港口，火力发电厂的储煤场、大型钢铁公司的矿石煤炭原料场、大型水泥厂等众多企业。
PLC（可编程控制器）的优点是：它不单能准确完成复杂的逻辑控制，还能实现各种繁琐的顺序或定时的闭环控制功能；并且外形体积小，工作稳定性好、可靠性能高，还具备很强的抗干扰能力，能长时间在恶劣的工作环境下，安全、可靠地不间断工作；PLC使用模块式结构，由框架和各种类型的模块组成，模块结构配置灵活，装配简单，方便于扩展和维护；并可以根据用户不同的需求配置MB+、RS232C、RS485、Ethernet、Profibus-DP等各种通讯接口和处理模块，方便与第三方和各级管理层进行实时的数据通讯。PLC已经成为现在各行业电气控制系统中应用最为广泛的核心设备，是特别针对复杂和恶劣的工业环境下应用而设计的程序控制处理器。
2 项目介绍和方案
本文以湛江港斗轮取料机为例，简单阐述了PLC在斗轮机电气控制系统中实际的应用。根据用户和工艺设计的要求，斗轮取料机工作运行的流程监控部分采用了最为典型的两层监控方式：生产管理层和现场控制层。生产管理层是以IPC（工业计算机）作为主要的HMI人机界面（Human-Machine Interface），完成对现场的监控、生产操作和设备管理等，主要是面向管理人员，属于程控室监控管理系统；现场控制层是以PLC为核心构成的，实现生产现场的各类型数据采集和过程控制等，重点是面向现场生产运行过程操作人员。
斗轮取料机PLC控制系统除了能实现生产现场的运行过程基本控制、各类型的信号采集和大量的数据处理外，还可将变频器加入到PLC网络中，实现PLC与变频器之间的数据交换，通过PLC直接控制变频器的运行；本台斗轮取料机PLC网络中有一台工业计算机，实现对PLC进行编程、程序上下载、网络组态、读写PLC数据、监控现场各设备启停等操作，采用简洁、明晰、直观的动态图形来表示各个机构的状态，并详细记录设备的运行状态、故障信息等，并能以灵活的方式查询这些信息；并留有与程控室通讯的网络接口，控制总线协议采用Profibus、DeviceNet或工业以太网协议。
3 项目硬件配置
为了满足上面提到的湛江港斗轮取料机取料作业流程监控系统的控制要求，湛江港项目采用ABB公司产品，选用目前主流可编程逻辑控制器中的AC800M系列PLC，AC800M采用模块化设计，支持多种通讯协议标准，如：Ethernet、Profibus、RS232C等。PLC硬件配置为：
①CPU处理模块：ABB公司的AC800M系列PLC的CPU有PM860、PM856、PM851等不同功能配置的型号，湛江港斗轮取料机项目控制系统采用了AC800M系列中高端配置的PM860，在CPU上带有：2个自集成的串行通讯接口和1个可配置各种CF卡的扩展口，CPU模块的底板本身集成2个以太网接口，满足与两台工业计算机之间的通讯，并留有与程控室通讯的网络接口。
②本地扩展：AI810模拟量输入模块1个，AO810模拟量输出模块1个，DI810开关量输入模块8个。
③分布式扩展：DI810开关量输入模块1个，DO810开关量输出模块4个。
④远程扩展：DI810开关量输入模块6个，DI814开关量输入模块2个，AI810模拟量输入模块1个。
⑤电源模块：SD822模块输入电源为AC115-230 V，输出电源为DC24 V，5A共3个，根据电源模块的输出电流，每个电源模块可接10个I/O模块。
⑥Profibus通讯：所有本地、扩展模块通过Profibus通讯模件CI854、CI801连接，保证网络中模块的通讯传输速率。
如图1所示，为本项目斗轮取料机PLC系统的硬件配置和通讯网络结构。
4 PLC通讯网络
4.1 PLC与变频器之间的通讯
PLC与变频器之间选用Profibus-DP通讯协议，Profibus-DP是广泛应用的一种协议、主要用于现场级的主从通信，实现现场级控制系统与分布式I/O及其它现场级设备之间的通信（它有极好的抗电磁干扰性能）。为每台变频器配备适用Profibus-DP通讯协议的卡件，本项目选用RPBA-01作为ACS800系列变频器Profibus-DP现场总线适配器。
4.2 PLC与程控室之间的通讯
PLC与程控室之间通讯采用工业以太网协议，PLC网络通过以太网交换机转成光纤连接至程控室。
4.3 PLC与工业计算机之间的通讯
PLC通过工业以太网协议建立与工业计算机的网络连接。
5 软件配置
ABB公司的AC800M系列PLC的编程软件为Control Builder M Professional（CBM），CBM支持五种不同的编程语言：功能块（FBD）；语句表（IL）；梯形图（LD）；结构文本（ST）；顺控图（SFC）。CBM软件可以实现AC800M系列PLC系统的全部功能设置，不仅包括本身的总线通讯接口，而且还有全面的可视化调试工具，强大的自诊断功能，实时的报警处理和开放的数据接口。 5.1 Ifix软件的优点
本斗轮取料机项目工业计算机应用了美国Intellution公司的Ifix组态软件，Ifix组态软件是专门的工业监控软件，Ifix软件具有如下优点：
①Ifix软件支持多种图形格式，并不断完善新的图形库，解决了由于以前图形过大而引起的存储空间不足问题。Ifix组态软件强大的图形处理功能，给软件开发和使用带来了方便。
②Ifix软件提供多种数据类型，并具有现成的功能块；如PID块、计时块、趋势块、历史报警记录块、计算块等等，这对于数据转化，斗轮取料机运行时间计算等工作可以不必在画面中去做，大大简化了设计者的工作。
③Ifix软件具有强大的网络功能，Ifix组态软件不必人工设定，只要保持物理上的联结，就可以自动寻找设备的网络结点。
④Ifix软件具有良好的通信功能，Ifix组态软件是基于组件对象技术（COM、DCOM），是专业从事监控工作的软件，几乎所有的工业应用都有相应的硬件接口，应用稳定性好，工作可靠，更适用于复杂的工业现场应用。
⑤Ifix软件本身内嵌有VBAiFIX编程语言，还带有SQL数据语言，I/O驱动支持ADO、RDO等，因此对于Access、FoxPro、SQL Server、Oracle等一般的数据库软件和Office等常用的办公软件都能很好的访问和操作。
5.2 用Ifix软件设计的HMI人机画面的内容
湛江港取料机项目在上位机上用Ifix软件设计了标准的HMI人机界面，画面主要包括如下几个方面的内容：
①斗轮取料机系统操作功能：它设有单动、联动和半自动三种工作方式，在设备安装调试或故障检修阶段一般用单动操作方式，正常工作运行时采用联动或半自动方式，来实现对一些重要的连锁信号和模拟量数据的精确控制。
②斗轮取料机故障报警记录和显示：各个机构的运行状态和故障信息，如变频器故障、斗轮过力矩、电机过载等进行实时报警和记录。当处于监控下的任何一个变量，如电机电流超出预先设定的安全值时，HMI画面中的报警灯就会立即闪烁，同时报警对话框会被自动弹出；在弹出的对话框中斗轮机操作者可以检查报警超出的范围和故障信息的出处，并对此采取相应的措施。
③斗轮取料机状态及测量参数系统实时、相关累积值显示。
④斗轮取料机备件信息管理。
⑤斗轮取料机技术资料信息管理。
⑥斗轮取料机生产管理信息系统。
6 结 语
本论文通过PLC硬件配置和网络通讯构成等几个方面，简单介绍ABB公司的AC800M系列PLC在湛江港斗轮取料机项目中的实际应用，湛江港斗轮取料机控制系统功能全面，性价比高，本系统中PLC控制充分发挥了其通讯可靠、配置灵活多样、编程简易和可现场调试等优点，将斗轮、回转等机构的变频器接入PLC系统Profibus-DP网络中，极大地加强了湛江港斗轮取料机控制系统的稳定性。
参考文献：
[1] 唐培林.现场总线技术应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.
关键词：PLC（可编程控制器）；Profibus-DP通讯
中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0047-02
1 PLC概述
斗轮机作为重要的输煤设备现已广泛用于电厂的燃料储运煤场。我国是从20世纪60年代中期开始设计制造斗轮机的，主要用在大型散货港口，火力发电厂的储煤场、大型钢铁公司的矿石煤炭原料场、大型水泥厂等众多企业。
PLC（可编程控制器）的优点是：它不单能准确完成复杂的逻辑控制，还能实现各种繁琐的顺序或定时的闭环控制功能；并且外形体积小，工作稳定性好、可靠性能高，还具备很强的抗干扰能力，能长时间在恶劣的工作环境下，安全、可靠地不间断工作；PLC使用模块式结构，由框架和各种类型的模块组成，模块结构配置灵活，装配简单，方便于扩展和维护；并可以根据用户不同的需求配置MB+、RS232C、RS485、Ethernet、Profibus-DP等各种通讯接口和处理模块，方便与第三方和各级管理层进行实时的数据通讯。PLC已经成为现在各行业电气控制系统中应用最为广泛的核心设备，是特别针对复杂和恶劣的工业环境下应用而设计的程序控制处理器。
2 项目介绍和方案
本文以湛江港斗轮取料机为例，简单阐述了PLC在斗轮机电气控制系统中实际的应用。根据用户和工艺设计的要求，斗轮取料机工作运行的流程监控部分采用了最为典型的两层监控方式：生产管理层和现场控制层。生产管理层是以IPC（工业计算机）作为主要的HMI人机界面（Human-Machine Interface），完成对现场的监控、生产操作和设备管理等，主要是面向管理人员，属于程控室监控管理系统；现场控制层是以PLC为核心构成的，实现生产现场的各类型数据采集和过程控制等，重点是面向现场生产运行过程操作人员。
斗轮取料机PLC控制系统除了能实现生产现场的运行过程基本控制、各类型的信号采集和大量的数据处理外，还可将变频器加入到PLC网络中，实现PLC与变频器之间的数据交换，通过PLC直接控制变频器的运行；本台斗轮取料机PLC网络中有一台工业计算机，实现对PLC进行编程、程序上下载、网络组态、读写PLC数据、监控现场各设备启停等操作，采用简洁、明晰、直观的动态图形来表示各个机构的状态，并详细记录设备的运行状态、故障信息等，并能以灵活的方式查询这些信息；并留有与程控室通讯的网络接口，控制总线协议采用Profibus、DeviceNet或工业以太网协议。
3 项目硬件配置
为了满足上面提到的湛江港斗轮取料机取料作业流程监控系统的控制要求，湛江港项目采用ABB公司产品，选用目前主流可编程逻辑控制器中的AC800M系列PLC，AC800M采用模块化设计，支持多种通讯协议标准，如：Ethernet、Profibus、RS232C等。PLC硬件配置为：
①CPU处理模块：ABB公司的AC800M系列PLC的CPU有PM860、PM856、PM851等不同功能配置的型号，湛江港斗轮取料机项目控制系统采用了AC800M系列中高端配置的PM860，在CPU上带有：2个自集成的串行通讯接口和1个可配置各种CF卡的扩展口，CPU模块的底板本身集成2个以太网接口，满足与两台工业计算机之间的通讯，并留有与程控室通讯的网络接口。
②本地扩展：AI810模拟量输入模块1个，AO810模拟量输出模块1个，DI810开关量输入模块8个。
③分布式扩展：DI810开关量输入模块1个，DO810开关量输出模块4个。
④远程扩展：DI810开关量输入模块6个，DI814开关量输入模块2个，AI810模拟量输入模块1个。
⑤电源模块：SD822模块输入电源为AC115-230 V，输出电源为DC24 V，5A共3个，根据电源模块的输出电流，每个电源模块可接10个I/O模块。
⑥Profibus通讯：所有本地、扩展模块通过Profibus通讯模件CI854、CI801连接，保证网络中模块的通讯传输速率。
如图1所示，为本项目斗轮取料机PLC系统的硬件配置和通讯网络结构。
4 PLC通讯网络
4.1 PLC与变频器之间的通讯
PLC与变频器之间选用Profibus-DP通讯协议，Profibus-DP是广泛应用的一种协议、主要用于现场级的主从通信，实现现场级控制系统与分布式I/O及其它现场级设备之间的通信（它有极好的抗电磁干扰性能）。为每台变频器配备适用Profibus-DP通讯协议的卡件，本项目选用RPBA-01作为ACS800系列变频器Profibus-DP现场总线适配器。
4.2 PLC与程控室之间的通讯
PLC与程控室之间通讯采用工业以太网协议，PLC网络通过以太网交换机转成光纤连接至程控室。
4.3 PLC与工业计算机之间的通讯
PLC通过工业以太网协议建立与工业计算机的网络连接。
5 软件配置
ABB公司的AC800M系列PLC的编程软件为Control Builder M Professional（CBM），CBM支持五种不同的编程语言：功能块（FBD）；语句表（IL）；梯形图（LD）；结构文本（ST）；顺控图（SFC）。CBM软件可以实现AC800M系列PLC系统的全部功能设置，不仅包括本身的总线通讯接口，而且还有全面的可视化调试工具，强大的自诊断功能，实时的报警处理和开放的数据接口。 5.1 Ifix软件的优点
本斗轮取料机项目工业计算机应用了美国Intellution公司的Ifix组态软件，Ifix组态软件是专门的工业监控软件，Ifix软件具有如下优点：
①Ifix软件支持多种图形格式，并不断完善新的图形库，解决了由于以前图形过大而引起的存储空间不足问题。Ifix组态软件强大的图形处理功能，给软件开发和使用带来了方便。
②Ifix软件提供多种数据类型，并具有现成的功能块；如PID块、计时块、趋势块、历史报警记录块、计算块等等，这对于数据转化，斗轮取料机运行时间计算等工作可以不必在画面中去做，大大简化了设计者的工作。
③Ifix软件具有强大的网络功能，Ifix组态软件不必人工设定，只要保持物理上的联结，就可以自动寻找设备的网络结点。
④Ifix软件具有良好的通信功能，Ifix组态软件是基于组件对象技术（COM、DCOM），是专业从事监控工作的软件，几乎所有的工业应用都有相应的硬件接口，应用稳定性好，工作可靠，更适用于复杂的工业现场应用。
⑤Ifix软件本身内嵌有VBAiFIX编程语言，还带有SQL数据语言，I/O驱动支持ADO、RDO等，因此对于Access、FoxPro、SQL Server、Oracle等一般的数据库软件和Office等常用的办公软件都能很好的访问和操作。
5.2 用Ifix软件设计的HMI人机画面的内容
湛江港取料机项目在上位机上用Ifix软件设计了标准的HMI人机界面，画面主要包括如下几个方面的内容：
①斗轮取料机系统操作功能：它设有单动、联动和半自动三种工作方式，在设备安装调试或故障检修阶段一般用单动操作方式，正常工作运行时采用联动或半自动方式，来实现对一些重要的连锁信号和模拟量数据的精确控制。
②斗轮取料机故障报警记录和显示：各个机构的运行状态和故障信息，如变频器故障、斗轮过力矩、电机过载等进行实时报警和记录。当处于监控下的任何一个变量，如电机电流超出预先设定的安全值时，HMI画面中的报警灯就会立即闪烁，同时报警对话框会被自动弹出；在弹出的对话框中斗轮机操作者可以检查报警超出的范围和故障信息的出处，并对此采取相应的措施。
③斗轮取料机状态及测量参数系统实时、相关累积值显示。
④斗轮取料机备件信息管理。
⑤斗轮取料机技术资料信息管理。
⑥斗轮取料机生产管理信息系统。
6 结 语
本论文通过PLC硬件配置和网络通讯构成等几个方面，简单介绍ABB公司的AC800M系列PLC在湛江港斗轮取料机项目中的实际应用，湛江港斗轮取料机控制系统功能全面，性价比高，本系统中PLC控制充分发挥了其通讯可靠、配置灵活多样、编程简易和可现场调试等优点，将斗轮、回转等机构的变频器接入PLC系统Profibus-DP网络中，极大地加强了湛江港斗轮取料机控制系统的稳定性。
参考文献：
[1] 唐培林.现场总线技术应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.