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液压卡环式步进提升机PLC控制系统设计

2003/11/24 0:00:00

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摘要:介绍了西门子S7-200 PLC在液压卡环式步进提升机中的应用,简述了硬件组成和软件设计内容。
关键词:  PLC;提升机;控制系统
中图分类号:TP391.8;TH211 .6   文献标识码:BAbstract: The application of SIMATIC S7-200 PLC in hydraulic pressure clip ring step-by-step hoist is introduced, and the structure of hardware and content of the program design are also presented. The practice shows that this control system has advantages of great stable and reliable ability, integrity of function and convenient manipulation.  
,b>Key words: PLC;hoist ;control system
1  引言
液压卡环式步进提升机应用于石油化工、公路桥梁等大型工程建设项目中,实现对超大型重物的起重施工,如:大型化工储罐的倒装焊接施工、大型桥道索揽的涨紧提升等。由于该设备工作于环境恶劣的施工现场且动作需平稳、准确,因此要求该设备的控制系统具有较强的抗干扰性、灵活性和友好的人机界面,操作简单方便。显然如用普通继电器控制或单片微机控制,很难达到上述要求。故在该产品的控制系统设计中,采用西门子CPU224 PLC作为系统控制核心,以TD200文本显示器作为主要的人机对话界面,较好的满足了上述要求,使设备能应用在环境恶劣的施工现场。

图1
图1  提升机部分结构示意图


2 液压卡环式步进提升机的工艺过程
液压卡环式步进提升机主要由液压泵站及管路、电气控制台和液压卡环式步进升降器组成,可完成对重物的步进提升和回落,其部分结构示意图如图1所示。图中上下卡头均为液压夹紧装置,用来夹紧提升杆;主液压缸完成提升和回落动作。

图2
图2  提升机工艺过程示意图


设备的工艺过程如图2所示,需提升重物时:上卡头先夹紧,下卡头放松,主液压缸带动上卡头和提升杆向上提升,到行程后,下卡头夹紧,上卡头放松,上卡头随主液压缸回落,重复以上动作,可实现重物的步进提升。需使重物回落时,上卡头先夹紧,下卡头放松,主液压缸带动上卡头和提升杆回落,到行程后,下卡头夹紧,上卡头放松,上卡头随主液压缸提升,重复以上动作,可实现重物的逐步回落。为保证上下卡头能充分夹紧或放松提升杆,在上下卡头处装有压力检测传感器,只有油压达到预先设定值后,才认为夹紧或放松有效,可以进行下一动作。设备应具有手动和自动两种控制模式,自动用于正常的重物提升和回落,手动模式用于调试、检查维修等工作。3  PLC控制系统的硬件设计
控制系统的硬件构成如图3所示。

图3
图3  硬件系统结构框图


根据工艺过程要求,估算出开关量I/O口共需23个,其中输入14个,输出9个;模拟量输入口需2个。综合考虑系统工艺要求、各品牌PLC的I/O口配置、性能价格比等因素,选择西门子S7-200 CPU224作为主控单元。CPU224体积小、功能强,本身集成了14个开关量输入和10个开关量输出,用它接收各主令开关、行程开关等的输入信号,并输出控制各继电器动作。选择一个EM231模拟量输入单元接收压力传感器的检测信号(4~20mA电流信号)。EM231有三路模拟量输入通道可接收电压或电流模拟量信号,本例中仅使用两路。系统的PLC端口配置如表1所示。



为使系统有友好的人机对话界面,实现如行走步数、夹紧时间、压力上下限等现场参数的设定和输出各种报警提示信息,选择一台西门子TD200文本显示器作为显示设定单元。TD200是西门子公司人机界面产品之一,可支持汉字显示,功能强大、使用简单,具有较高的性能价格比。TD200与CPU224连接很简单,只需用它提供的连接电缆接到CPU224的PPI接口即可,不需要单独电源。4  PLC控制系统的软件设计
系统的软件设计基本按工艺流程图编制,其主程序梯形图如图4所示。当设定总步数(VW32)大于当前步数(VW34)时,若输入“重物提升”(I0.1)指令,程序执行“重物提升程序”,实现重物的步进提升。同样,当当前步数(VW34)大于零时,若输入“重物回落”(I0.2)指令,程序执行“重物回落程序”,实现重物的逐步回落。

图4
图4  PLC主程序图


为保证上下卡头能充分夹紧或放松提升杆,避免意外事故发生,程序中每次夹紧动作的执行都需检测卡头处的压力反馈值,确认有效后方可执行下一动作。若压力无法满足要求,则通过TD200给出报警提示信息。程序编制时,还应充分考虑对可能出现的各种危险操作的保护,如不允许两个电磁阀继电器同时动作,以保证液压系统油压相对恒定;不允许上下卡头同时放松;上下卡头同时夹紧时,禁止主缸提升或回落。另外,对各种错误操作和系统故障报警给出汉字信息提示和声光指示。对TD200文本显示器的组态可在STEP7-MICRO/WIN编程软件提供的“向导”Wizard)指引下进行,按其指定的格式填入需要显示的信息及设定需监测的变量。该显示器最多可显示80条信息,每条信息最多可包括4个变量。全部组态完成确认后Wizard自动生成一个包括TD200参数和信息的数据块,可以打开“数据块编辑器”来浏览或修改该数据块。熟练的编程者也可不使用Wizard,直接在“数据块编辑器”中按指定格式对TD200编程。5 结束语
该控制系统充分发挥了PLC可靠、灵活的优势和TD200友好的人机界面功能。实践证明,系统具有较强的抗干扰能力,操作简单方便,适合在恶劣的施工现场应用,具有一定的推广价值。参 考 文 献
[1] SIMATIC S7-200 Programmable controller system manual. SIEMENS, 1998
[2] SIMATIC TD200操作员界面用户手册.SIEMENS, 2000
[3] 王卫兵. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京:机械工业出版社,1997

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