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林葉春 陸朝暉
1 吊具信號的采集
集裝箱單箱吊具中輸入信號有：4個(gè)吊具著(zhù)床限位，4個(gè)已開(kāi)鎖限位，4個(gè)已閉鎖限位，4個(gè)導板抬起限位，二個(gè)20’限位，二個(gè)40’限位，一個(gè)油泵壓力開(kāi)關(guān)；輸出信號控制的有：4個(gè)開(kāi)鎖電磁閥，4個(gè)閉鎖電磁閥，4個(gè)導板控制電磁閥，2個(gè)20’電磁閥，2個(gè)40’電磁閥，一個(gè)油泵起?？刂菩盘?。原吊具通過(guò)吊具電纜送給主控站的信號是：著(zhù)床、已開(kāi)鎖、已閉鎖、20’到位與40’到位；從主控站傳到吊具上的信號為：開(kāi)鎖、閉鎖、20’與40’，這些信號均為綜合信號。 如果發(fā)生某電磁閥故障，操作人員只知道該回路有故障，而不了解具體是吊具的哪個(gè)角發(fā)生故障，吊具上沒(méi)有具體故障指示，維修人員到現場(chǎng)后還需要根據主站PLC故障信號來(lái)進(jìn)一步判斷故障部位，這樣一個(gè)來(lái)回，造成維修時(shí)間就較長(cháng)，從而生產(chǎn)效率會(huì )受到很大的影響。
集裝箱吊具運行的工況是非常惡劣的，其故障發(fā)生的概率占系統總故障的30%以上，為使故障判斷更加快速準確，本文提出采用在吊具電控箱內增加PLC輸入輸出和通訊模塊，并采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式代替原昂貴的吊具電纜，PLC主站能夠得到吊具內的所有信息并能方便地判斷故障位置。吊具內增加的PLC與吊具內的信號關(guān)系如圖1所示。圖中，PLC采用VERSAMAX的以太網(wǎng)模塊IC200EBI001，由此模塊與無(wú)線(xiàn)MODEM AP-1002通訊，實(shí)現與上位PLC的信號聯(lián)系，其帶有的開(kāi)關(guān)量輸入采用 IC200MDL640模塊，開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用IC200MDL742模塊。外圍的每個(gè)輸入輸出與該從站的輸入輸出一一對應，即共有21個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，17個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出。一個(gè)PLC模塊MDL640有32個(gè)輸入，一個(gè)MDL742有32個(gè)輸出，滿(mǎn)足使用需要，除上述輸出外，還設有綜合信號指示燈：著(zhù)床，已開(kāi)鎖，已閉鎖，20’到位，40’到位；另10個(gè)輸出用于表示具體故障：4個(gè)開(kāi)鎖故障，4個(gè)閉鎖故障，1個(gè)20’故障，1個(gè)40’故障。
2 PLC硬件組態(tài)
PLC主站采用GE9030系列PLC，CPU為帶有以太網(wǎng)口的CPU364，在該CPU的硬件組態(tài)中，選擇通訊模式為EGD，即以太網(wǎng)全局數據結構定義，在Ethernet Globe Date設置對話(huà)框內，“produced exchanged”中的“IP Address”設置為吊具以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示該PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容將發(fā)送到吊具以太網(wǎng)模塊中的對應存儲器去，同樣在該PLC配置的“consumed exchange” 中的“IP Address”設置為吊具以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示該PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容是從吊具以太網(wǎng)模塊中的對應存儲器傳送來(lái)而得到。對應EBI001中的配置，也應將“produced exchanged”和“consumed exchange” 中的“IP Address”設置為主站PLC的IP地址，即主站PLC發(fā)送的數據是到吊具分站的，而分站發(fā)送的數據是送給主站PLC的。為保證傳輸中兩邊定義的數據能一一對應，兩個(gè)站采用同樣的存儲地址。兩個(gè)通訊模塊中“produced exchanged” 和“consumed exchange”中還需要各定義二個(gè)寄存器用于存放通訊狀態(tài)，需要時(shí)，PLC可讀取該狀態(tài)字了解PLC的CPU364與VERSAMAX通訊模塊EBI001之間的通訊故障原因。配置好后，在分站中輸入信號變化，在主站中立即可以看到，同樣，主站CPU運行控制吊具的輸出送到該PLC通訊的存儲區，在分站中立即可以看到輸出的變化，兩者形成一一對應的鏡像關(guān)系。
圖1 吊具上PLC從站結構圖
3 無(wú)線(xiàn)通訊的實(shí)現
通常通過(guò)吊具電纜傳遞吊具信號，該電纜要求具備很高的柔性和韌性，電纜內芯數有限，如果上述吊具所有輸入輸出也通過(guò)該吊具電纜，則會(huì )因信號線(xiàn)太多而無(wú)法實(shí)現。隨著(zhù)現代通訊技術(shù)的發(fā)展，無(wú)限工業(yè)以太網(wǎng)已在工業(yè)控制網(wǎng)中逐漸被接受，要求的可靠性和穩定性已得到滿(mǎn)足，而且其通訊速度也達到10兆以上。本方案中采取無(wú)限工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )通訊的方式來(lái)實(shí)現信號傳遞，采用點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)系方式，中間不需要服務(wù)器，選用的產(chǎn)品為RFNET公司的AP-1002型號，網(wǎng)絡(luò )結構如圖2 所示。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )僅采用網(wǎng)橋實(shí)現主從站的聯(lián)系，即簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)方式。其性能簡(jiǎn)述如表1。
圖2 無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)結構圖
表1 RFNET性能表
在使用無(wú)線(xiàn)通訊模塊前，要對該模塊進(jìn)行設置，先用PC機與該模塊相聯(lián)，設定PC機的IP地址前3位與該模塊地址的一致，直接用Internet Explorer 可進(jìn)入模塊的設定網(wǎng)頁(yè)，將模塊的IP地址改成所需要的地址并確定后退出，將PC機的IP地址也改成所需要的地址，再用Internet Explorer 進(jìn)入模塊的新地址，并將要與模塊相聯(lián)的PLC地址輸入到“Host IP”中，兩個(gè)模塊均設好后，在這兩個(gè)無(wú)線(xiàn)模塊之間建立了網(wǎng)橋通訊，即主站與從站的聯(lián)系就像用網(wǎng)線(xiàn)連通一樣。
4 吊具的PLC程序故障診斷
吊具信號輸入采集后，PLC根據其輸出信號與相應輸入信號比較，可以診斷出具體故障部位，以旋鎖控制閉合鎖為例，其程序如圖3所示，圖中LKLS1、2、3、4分別表示旋鎖閉合限位，LKLS表示吊具旋鎖已全鎖；同樣，UNLKLS表示旋鎖已全開(kāi)，BEDLS表示四個(gè)角已全部著(zhù)床。從程序中可以看出在旋鎖回路正常情況下，即命令LKCO與實(shí)際狀態(tài)LKLS一致，LKF表示吊具閉鎖故障為0，即此時(shí)無(wú)閉鎖故障；如控制吊具閉鎖LKCO=1，而在延時(shí)時(shí)間Ton0的設定時(shí)間到后，LKLS=0仍然為未全鎖，則LKF=1并自保，需要正?；謴秃蟀磸臀恍盘?/SPAN>RST，而LKF=1表示該閉鎖回路有故障，但具體是哪個(gè)角出現問(wèn)題，程序中安排指令LKCO與每一個(gè)限位信號比較，如LKCO與LKLS1不一致且延時(shí)超過(guò)設定，則自動(dòng)產(chǎn)生LKF1故障信號，表示在吊具角1出現了吊具旋鎖故障。依次類(lèi)推，可以得到各角處的開(kāi)鎖故障、閉鎖故障、著(zhù)床信號等判斷與顯示。其中顯示可以在司機室觸媒屏上看到，在吊具上同樣安排有具體指示，這樣方便維修人員。而主程序內容增加不多，但效果良好。
圖3 PLC吊具故障判斷程序
5 結語(yǔ)
采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式控制吊具及實(shí)現吊具具體故障的判斷顯示是一個(gè)新的嘗試，實(shí)際試驗效果良好，原來(lái)?yè)牡臒o(wú)線(xiàn)通訊問(wèn)題并沒(méi)有出現，在吊具惡劣工況下，吊具上的PLC和通訊模塊工作正常，因通訊速度達10MHz，而數據量有限，所以控制是實(shí)時(shí)的，增加的系統穩定性和可靠性在集裝箱裝卸橋實(shí)際生產(chǎn)中得到驗證。該方案可以進(jìn)一步推廣到場(chǎng)地龍門(mén)吊及其他相關(guān)場(chǎng)所使用，是一個(gè)方便容易實(shí)現而又適合現場(chǎng)的系統。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號