PLC在集裝箱吊具無線信號(hào)傳輸與故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 吊具信號(hào)的采集
集裝箱單箱吊具中輸入信號(hào)有:4個(gè)吊具著床限位，4個(gè)已開鎖限位，4個(gè)已閉鎖限位，4個(gè)導(dǎo)板抬起限位，2個(gè)20'限位，2個(gè)40'限位，1個(gè)油泵壓力開關(guān);輸出信號(hào)控制的有:4個(gè)開鎖電磁閥，4個(gè)閉鎖電磁閥，4個(gè)導(dǎo)板控制電磁閥，2個(gè)20'電磁閥，2個(gè)40'電磁閥，1個(gè)油泵起停控制信號(hào)。原吊具通過吊具電纜送給主控站的信號(hào)是:著床，已開鎖，已閉鎖，20'到位，40'到位;從主控站傳到吊具上的信號(hào)為:開鎖，閉鎖，20'，40'，這些信號(hào)均為綜合信號(hào)。 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，吊具上沒有具體故障指示，維修人員到現(xiàn)場后還需要根據(jù)主站PLC故障信號(hào)來進(jìn)一步判斷故障部位，這樣一個(gè)來回，維修時(shí)間就較長，從而生產(chǎn)效率會(huì)受到很大的影響。

集裝箱吊具運(yùn)行的工況是非常惡劣的，其故障發(fā)生的概率占系統(tǒng)總故障的30%以上，為使故障判斷更加快速準(zhǔn)確，本文提出采用在吊具電控箱內(nèi)增加PLC輸入輸出和通訊模塊，并采用無線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(nèi)的所有信息并能方便地判斷故障位置。吊具內(nèi)增加的PLC與吊具內(nèi)的信號(hào)關(guān)系如圖1所示。圖1中，PLC采用VERSAMAX的以太網(wǎng)模塊IC200EBI001，由此模塊與無線MODEM AP-1002通訊，實(shí)現(xiàn)與上位PLC的信號(hào)聯(lián)系，其帶有的開關(guān)量輸入采用IC200MDL640模塊，開關(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(duì)應(yīng)，即共有21個(gè)開關(guān)量輸入，17個(gè)開關(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，滿足使用需要，除上述輸出外，還設(shè)有綜合信號(hào)指示燈:著床，已開鎖，已閉鎖，20'到位，40'到位;另10個(gè)輸出用于表示具體故障:四個(gè)開鎖故障，四個(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?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，在Ethernet Globe Date設(shè)置對(duì)話框內(nèi)，“produced exchanged”中的“IP Address”設(shè)置為吊具以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示該P(yáng)LC站后續(xù)“Add exch”的“refereance”地址的存儲(chǔ)器內(nèi)容將發(fā)送到吊具以太網(wǎng)模塊中的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器去，同樣在該P(yáng)LC配置的“consumed exchange”中的“IP Address”設(shè)置為吊具以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示該P(yáng)LC站后續(xù)“Add exch”的“refereance”地址的存儲(chǔ)器內(nèi)容是從吊具以太網(wǎng)模塊中的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器傳送來而得到。對(duì)應(yīng)EBI001中的配置，也應(yīng)將“produced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”設(shè)置為主站PLC的IP地址，即主站PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)是到吊具分站的，而分站發(fā)送的數(shù)據(jù)是送給主站PLC的。為保證傳輸中兩邊定義的數(shù)據(jù)能一一對(duì)應(yīng)，2個(gè)站采用同樣的存儲(chǔ)地址。2個(gè)通訊模塊中“produced exchanged”和“consumed exchange”中還需要各定義2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(hào)變化，在主站中立即可以看到，同樣，主站CPU運(yùn)行控制吊具的輸出送到該P(yáng)LC通訊的存儲(chǔ)區(qū)，在分站中立即可以看到輸出的變化，兩者形成一一對(duì)應(yīng)的鏡像關(guān)系。

3 無線通訊的實(shí)現(xiàn)

通常通過吊具電纜傳遞吊具信號(hào)，該電纜為要求具備很高的柔性和韌性，電纜內(nèi)芯數(shù)有限，如果上述吊具所有輸入輸出也通過該吊具電纜，則會(huì)因信號(hào)線太多而無法實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，無線工業(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(wěn)定性已得到滿足，而且其通訊速度也達(dá)到十兆以上。本方案中采取無限工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)通訊的方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，采用點(diǎn)對(duì)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(hào)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。無線網(wǎng)絡(luò)僅采用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)主從站的聯(lián)系，即簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。其性能簡述如附表。

在使用無線通訊模塊前，要對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)置，先用PC機(jī)與該模塊相聯(lián)，設(shè)定PC機(jī)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(shè)定網(wǎng)頁，將模塊的IP地址改成所需要的地址并確定后退出，將PC機(jī)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(shè)好后，在該兩個(gè)無線模塊之間即建立的網(wǎng)橋通訊，即主站與從站的聯(lián)系就像用網(wǎng)線連通一樣。
4 吊具的PLC程序故障診斷
吊具信號(hào)輸入采集后，PLC根據(jù)其輸出信號(hào)與相應(yīng)輸入信號(hào)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3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，BEDLS表示四個(gè)角已全部著床。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)無閉鎖故障;如控制吊具閉鎖LKCO=1，而在延時(shí)時(shí)間Ton0的設(shè)定時(shí)間到后，LKLS=0仍然為未全鎖，則LKF=1并自保，需要正常恢復(fù)后按復(fù)位信號(hào)RST，而LKF=1表示該閉鎖回路有故障，但具體是哪個(gè)角出現(xiàn)問題，程序中安排指令LKCO與每一個(gè)限位信號(hào)比較，如LKCO與LKLS1不一致且延時(shí)超過設(shè)定，則自動(dòng)產(chǎn)生LKF1故障信號(hào)，表示在吊具角1出現(xiàn)了吊具旋鎖故障。依次類推，可以得到各角處的開鎖故障、閉鎖故障、著床信號(hào)等判斷與顯示。其中顯示可以在司機(jī)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(nèi)容增加不多，但效果良好。
5 結(jié)束語
采用無線通訊的方式控制吊具及實(shí)現(xiàn)吊具具體故障的判斷顯示是一個(gè)新的嘗試，實(shí)際試驗(yàn)效果良好，原來擔(dān)心的無線通訊問題并沒有出現(xiàn)，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(dá)10MHz，而數(shù)據(jù)量有限，所以控制是實(shí)時(shí)的，增加的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性在集裝箱裝卸橋?qū)嶋H生產(chǎn)中得到驗(yàn)證。該方案可以進(jìn)一步推廣到場地龍門吊及其他相關(guān)場所使用，是一個(gè)方便容易實(shí)現(xiàn)而又適合現(xiàn)場的系統(tǒng)。