斗轮堆取料机无线流程控制系统的断电处理程序设计

赵 磊

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

斗轮堆取料机无线流程控制系统的断电处理程序设计

赵 磊

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

基于S7-200 PLC的自由口通讯功能，设计了斗轮堆取料机无线流程控制系统的断电处理程序，包括初始化子程序、上电告知子程序、断电报错子程序和故障处理子程序4部分。实现了基于PLC与数传电台无线控制系统的断电处理，保障了生产安全。

斗轮堆取料机；流程控制；自由口通讯；断电处理

斗轮堆取料机是大型散货堆场的关键装卸设备，根据大宗散货堆、取作业的工艺要求，斗轮堆取料机需要与中控室地面站配合进行流程控制。传统的斗轮堆取料机的流程控制方案采用电缆卷筒方式，其信号的传递途径为：中控室地面站PLC→地面固定通讯电缆→接线箱→随动通讯电缆(电缆卷筒收放)→滑环(集电环)→斗轮堆取料机固定通讯电缆→斗轮堆取料机PLC。因斗轮堆取料机需要经常移动以及大型散货堆场的作业环境恶劣，随动通讯电缆极易损坏，通讯故障不断，维修很不方便，严重影响堆场的生产组织。经过分析，决定采用无线通信方案解决上述难题。选用性能稳定的西门子 S7-200系列PLC，利用PLC内部的接收发送数据功能，通过美国MDS专业无线传输电台作为媒介，进行斗轮堆取料机与中控室地面站之间流程控制信号的数据传输。

1 系统通信状态分析

假定斗轮堆取料机与中控室地面站分别为甲方和乙方，其通信状态逻辑有以下3种情况：

(1)双方断电时的通信状态

如果参与通讯的甲乙双方都没有上电，那么甲和乙都没有任何输出。

(2)一方断电时的通信状态

假定甲上电，乙没有上电。甲上电后会因为没有乙的响应而报警。甲不会有任何输出。此时如果甲复位，大概过6秒钟后，甲会再一次因为没有乙的响应而报警。接下来如果乙上电。乙一上电会发送上电信号给甲，因为甲已经上电会发响应信号给乙，此时乙不会报警，但乙也不会有任何输出。这时如果复位甲，那么乙会将自身的状态全部传给甲，全部传完后，甲接着会将自身的状态全部传给乙。此时就是正常的通信状态。之后任一方有信号的改变都会立刻反映在另一方的输出上。反之如果乙先上电，情况相似。

(3)正常情况下的通信状态

如果甲乙基本上同时上电(先后时间差小于6秒)，则直接进入正常的通信状态。之后任一方有信号的改变都会立刻反映在另一方的输出上。甲乙在正常的通信状态下，如果有一方断电，则另一方马上报警，并且没有任何输出。这样就进入上面的第2种情况下的状态，即一方上电，另一方断电，逻辑就按一方断电时的通信状态的情况进行。

2 系统断电处理程序设计

通过对斗轮堆取料机流程控制系统的通信状态分析，其断电处理程序应包括初始化子程序、上电告知子程序、断电报错子程序和故障处理子程序4部分。上电告知子程序和断电报错子程序用于实现斗轮堆取料机站与地面站之间通信状态的协调，初始化子程序和故障处理子程序用于系统由故障状态复位或PLC首次上电后转入正常工作状态前的准备工作。

2.1 初始化子程序

初始化子程序主要完成设置通讯协议、数据区赋值、恢复正常工作前将本站目前状态发送给对方站等工作，具体设计如图1所示。

图1 设置通讯协议

在首次扫描时，特殊寄存器SM0.1被置1，使字节传送指令(MOV_B)将数据“16#09”赋值给PLC端口0控制寄存器SMB30。这段程序将端口0定义为自由口协议、9600bps、8位/字符、无校验，如表1。

表1 SMB30赋值含义

中断连接指令(ATCH)将中断事件“8”( 端口0接收中断)与中断服务程序INT0相关联，当PLC发现端口0在接收数据时，立即调用INT0。

当PLC转换至RUN(运行)模式时，中断开始时被禁止。在RUN模式下，通过执行全局中断允许指令(ENI)，启用所有中断事件进程。

2.2 上电告知子程序

本站在上电并执行完初始化子程序之后，进入上电告知子程序。本站首先检查是否已经收到对方站发来的上电信号(2位16进制数据)，如果收到则向对方站发送响应信号同时进入正常工作状态，如果没有收到则向对方站发送响应信号并等待对方站的响应信号。其程序流程图如图2所示。

图2 上电告知子程序流程图

2.3 断电报错子程序

断电报错子程序与上电告知子程序共同实现了斗轮堆取料机站与地面站之间通信状态的协调。当本站断电后，由UPS的蓄电池维持系统继续工作十几分钟，在这段短暂的时间内，系统执行断电报错子程序。断电使I0.0点复位，此时本站PLC判断系统断电并向对方站发送断电信号(2位16进制数据)。对方站在收到本站发来的断电信号后，向本站发送响应信号，同时进入故障状态。在接收到对方站发回的响应信号之前，本站连续发送数据信号直至超时结束工作。其程序流程图如图3所示。

图3 断电报错子程序流程图

图4 本站断电处理

以斗轮堆取料机站断电为例，编制断电报错子程序。断电使斗轮堆取料机站PLC的I0.0(断电输入)点复位，此时斗轮堆取料机站PLC判断系统断电并向地面站发送断电信号。

图5 对方站断电处理

地面站在收到斗轮堆取料机站发来的断电信号(16#EA)后，向斗轮堆取料机站发送响应信号，同时进入故障状态。

在断电响应程序中，断电信号与响应信号的发送、接收程序结构同“发送响应程序”一样，在“发送响应程序” 结构中需要替换的内容详见表2。

表2 斗轮堆取料机向地面站发送断电信号

如果地面站与斗轮堆取料机站同时断电，则双方都运行断电报错子程序，互发断电信及其响应信号，见表3。

表3 地面站向斗轮堆取料机发送断电信号

2.4 故障处理子程序

当进入故障状态后，系统将故障显示输出点Q1.0置位，并将其他开关量输出点复位。在故障状态被成功复位之前，禁止所有开关量输出点改变其状态。为了防止故障复位操作按钮被卡住或被短接导致故障功能被屏蔽，规定两次复位操作的时间间隔大于10秒。其程序流程图如图6所示。

图6 故障处理子程序流程图

本站发送信号后，如果在规定时间内未收到对方站的响应信号，则系统判定为通讯超时。在通讯超时或者收到对方站发来的断电信号的情况下，本站进入故障状态。在故障复位之前，本站PLC除故障显示Q1.0被置位之外，其他的开关量输出(Q0.0～Q0.7和Q1.1～Q1.7)均被复位，见图7，图8。

图7 进入故障状态

复位操作有两个途径：一是按下“故障复位”按钮；二是将PLC“重启”，将特殊寄存器SM0.1(首次扫描时被置1)作为故障复位信号，见图9。

图9 复位操作计时

为了防止“故障复位”按钮被卡住或被短接导致故障功能被屏蔽，规定两次复位操作的时间间隔大于10秒。

3 结 语

本文讨论了基于S7-200 PLC的自由口通讯功能及数传电台的斗轮堆取料机无线流程控制系统的断电处理程序的设计与实现。PLC与数传电台的结合，在实现斗轮堆取料机流程控制无线化的同时，保证设备在出现断电等异常状态时能够安全可靠运行。

1 关新平等.PLC自由口模式下的工业无线监控系统设计[J].自动化仪表，2012(7).

2 刘瑞婷等.S7-200系列PLC自由口模式下实时通信技术研究[J].计算机技术与发展，2006(12).

3 童克波.S7-300/S7-200 PLC之间自由口无线通信的设计与实现[J].工业仪表与自动化装置，2014(1).

4 李红斌等.基于PLC和数传电台的集输站远程监控系统[J].自动化和仪器仪表，2013(4).

5 高飞.基于数传电台与PLC的锅炉状态预警系统设计[J].山西科技，2015(3).

(责任编辑：谭银元)

Power-off Processing Program Designing for Wireless Process Control System of Bucket Wheel Stacker

ZHAO Lei

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology，Wuhan 430050，China)

Based on S7-200 PLC free port communication function, a power-off processing program is designed for the wireless process control system of bucket wheel stacker, including the initialization subroutine, advising subroutine, the power failure error subroutine and the fault handling subroutine. Power-off processing is realized based on PLC and wireless radio controlling system, so that safety can be guaranteed.

bucket wheel stacker；process control；free port communication; power off processing

2016年度湖北省教育厅科学研究计划指导性项目(项目编号：B2016525)。

2016-05-15

赵 磊，男，讲师，硕士，研究方向：电气自动化。

TM92

A

1671-8100(2016)04-0034-04