罗克韦尔SLC500控制系统在MQ2533HH门机应用研究

　　摘要：根据SLC500控制系统在黄骅港MQ2533HH门座式起重机的应用实际，研究SLC500的硬件组态、SLC500开发软件的使用，介绍ProfiBus-DP的变频器控制，及控制系统在门机起升机构的具体实现。

　　关键词：SLC500;ProfiBus-DP;门座式起重机;变频器

　　1前言：

　　MQ2533HH门机是四连杆组合臂架全回转门座起重机，适用于港口码头前沿装卸件杂货及进行抓斗作业，黄骅港散杂货码头所用MQ2533HH门机最小幅度为9.5m，最大幅度为33m。抓斗作业时全幅度范围内的额定起重量为25t，吊钩作业时在9.5m～25m幅度范围内额定起重量为40t。该机主要由起升、变幅、回转、行走四大机构，臂架、立柱及平衡系统、转台、园筒门架等主要结构，电气控制系统，司机室、机器房及各安全保护装置等部分组成。该机可带载作水平位移变幅和任意角度回转。起升、变幅与回转各机构既可单独动作，也可联合动作，操作方便灵活。

　　SLC500系列是一个不断充实的小型可编程控制器系列。该系列有两种硬件结构：固定式控制器和模块式控制器。所有的控制器都可以挂在DH-485链路上。黄骅港散杂货码头所用MQ2533HH门机所用硬件结构均为SLC5/05类型模块式控制器，该类型控制器是安装于1746机架中的单槽控制器，具有比固定式控制器更大的灵活性和更强的处理能力以及I/O容量。SLC500具有使用I/O框架尺寸小、所需空间小等显著优势，该优势充分填补了MQ2533HH门座式起重机空间有限、电气室狭小的弊端。

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　　2硬件组态

　　SLC500的数字量输入模块用来接收和采集门座式起重机现场设备的输入信号，包括按钮、操作手柄、吊钩/抓斗选择开关、行程限位开关、旋转制动脚踏开关、门机各机构变频器辅助触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等门机关键设备的数字量输入信号。

　　SLC500的数字量输出模块用来向起升、变幅、回转、行走等各执行机构进行控制信号的输出，即向各个机构的接触器、电磁阀、指示灯和开关等设备输出数字量信号。

　　MQ2533HH门座式起重机所用SLC500系列的数字量I/O模块为交流(220V)输入/输出，模块点数为16点，输入模块为1746-IM16，输出模块为1746-OW16。

　　1746-IM16模块与1746-OW16模块均为1746系列模块，其中，1746-XXX中第一个X为输入输出标识：I代表输入，O代表输出;第二个X为电压等级：M代表220VAC，W代表AC/DC触点;第三个X为I/O点(通道)数：即为16。1746-IM16模块即为I/O点数为16的220V交流输入模块，1746-OW16为I/O点数为16的AC/DC继电器输出模块。

　　3软件说明应用

　　3.1 RSLinx通信软件的使用

　　RSLinx是在Microsoft Windows NT、Windows 95及Windows 98操作系统下建立工厂所有通信方案的工具。他使A-B公司的可编程控制器与各种罗克韦尔软件及A-B应用软件和组态软件之间进行通信，RSLinx充分利用了Windows操作系统的多处理性能。通过各种通信接口，可以同时为所支持的多个应用程序组合服务。

　　RSLinx软件是解决计算机访问罗克韦尔产品途径，为其提供全套的通讯服务。同时，还提供了数种开放接口用于第三方人机界面系统、数据采集/分析系统、客户应用程序软件进行通讯。

　　RSLinx的主要功能是组态驱动程序以便和现场设备进行通信，进行组态时可以通过DF1网络访问SLC500控制器或者通过Ethernet访问。

　　3.2 RSLogix500

　　RSLogix500软件是适用于SLC500控制器的32位WindowsTM梯形图逻辑编程软件包。

　　RSLogix500软件具有六大功能，第一、自由格式的梯形图编辑器，在书写程序是专注于应用程序的逻辑而不用特别注意语法的对错;第二、强有力的工程校验器，可用其创建错误清单，从而可以在方便的时候进行修改;第三、拖放式编辑功能，使用户能够在数据文件之间快速移动数据表元素，在子程序或工程之间快速移动梯级，或者在一个工程内部的梯级与梯级之间快速移动指令;第四、查询和替换功能，能够快速改变指定地址或符号的数值;第五、用户数据监视功能，可以对数据进行集中监视，以观察它们之间的相互作用;第六、工程目录采用树形机构，用户可访问包含在工程目录内的所有文件夹和文件。

　　3.3 SLC500与变频器的网络通信

　　SLC500控制器有一个RS-232电平标准的9针串行通信口，通道0位RS-232的电平标准，门机电气设备现场应用过程中，利用该通道组态DF1网络。DF1网络的电平信号是单端传输的，最大传送距离是15米，这种网络的优点是通信直接、方便，刚好恰当的实现SLC500控制器与变频器的直接的网络通信。

　　黄骅港散杂货码头MQ2533HH门机所用ACS 800变频器，以Profibus-DP协议方式通讯，但SLC500控制器不支持Profibus-DP通信网络。为了进行适合的网络配置选用能够被SLC500识别的第三方软件SST模块，SLC500为SST模块设定一个槽位，通过硬件组态设定SST模块的站地址和数据交换地址。ACS800变频器中加装RPBA01通讯模块，RPBA01是与ABB变频器配套的通讯适配器。编程软件为RSLogix500软件，用于对SLC500 PLC编程和对Profibus-DP网进行组态和通讯配置。在本系统中，SLC500 PLC作为主站，变频器与RPBA01通讯适配器模块相连，接入Profibus-DP网络中作为从站，主站向变频器发送运行指令，同时接受变频器反馈回来的运行状态及故障报警状态的信号。

　　Profibus-DP通讯协议的数据电报结构可分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即PPO消息类型，包括参数值PKW及过程数据PZD，ABB ACS500系列变频器共五种PPO类型可供选择。MQ2533HH门机设备所用变频器均选用PPO4这种类型，共6个字的数据交换区，其中包括2个控制字(PKW)和4个状态字(PZD)。控制字是变频器运行时的重要定义参数，如启动信号、给定频率等等;过程数据即状态字是变频器运行过程中要返回给PLC的一些参数，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。

　　4 SLC500在门机中的具体应用

　　MQ2533HH型号门机起升机构支持电机、开闭电机的上升下降控制是SLC500控制系统在门机控制系统应用中的典型案例，现以进行分析如下：当MQ2533HH门机选择吊钩模式下作业，运行作业档位，当操作手柄打至上升档位时，给PLC一个I:2第1位上升档信号，旋钮开关调至支持单机位置或者起升双机位置，即给PLC一个I:4的第0位或者第2位通断信号，在上升允许条件B3:0第4位接通后支持上升条件B3:11第5位接通，即支持电机具备上升条件。梯形图中支持下降B3:11第6位常闭点与支持上升B3：11第5位常闭点是支持上升与支持下降的互锁条件，当支持条件B3:11第5位接通后其常闭点断开，下一条梯形图通道中断，形成互锁。

　　当MQ2533HH门机选择抓斗模式下作业，运行作业档位，当操作手柄打至上升档位时，给PLC一个I:2第1位上升档信号，此时点B3：1第6位选择闭斗常开点闭合接通，在上升允许条件B3:0第4位接通后支持上升条件B3:11第5位接通，即支持电机具备上升条件。梯形图中支持下降B3:11第6位常闭点与支持上升B3：11第5位常闭点是支持上升与支持下降的互锁条件，当支持条件B3:11第5位接通后其常闭点断开，下一条梯形图通道中断，形成互锁。梯形图中闭斗点B3:1第9位与开斗点B3:1第10位作为常闭点串联入梯形图中，当门机进行开斗或者闭斗操作时，闭斗点B3:1第9位或开斗点B3:1第10位断开，此时起升支持电机不允许上升，形成对支持机的一个极为安全的保护。

　　无论MQ2533HH门机选择吊钩模式下作业还是选择抓斗模式下作业，操作手柄进行下降档操作作业时，门机的控制与保护和上升档相似。但当门机处于自动抓斗模式下，闭斗进行时实现力矩控制达到深挖效果条件，此时B3:1第12位力矩控制点闭合，这种状态下，即便操作手柄没有进行下降操作，达到下降允许条件B3:0第5位时支持电机仍满足支持下降条件。

　　当MQ2533HH门机选择在吊钩模式下，开闭电机上升条件和支持电机上升条件类似。当门机选择在抓斗模式下，操作手柄在上升档位时开闭电机上升条件和支持电机上升条件也类似。但当抓斗模式进行闭斗时，未达到闭斗终点前，无论操作手柄是否在上升档，达到上升允许条件，开闭电机均可以进行上升操作。若进行手动抓斗操作，进行闭斗操作时，达到闭斗终点条件，也可以继续进行开闭机的上升。

　　5结语

　　MQ2533HH门机充分利用SLC500控制系统的优势，起升、变幅、回转、运行机构均采用变频调速，起升机构采用闭环控制，应用PLC集中控制和检测。调速性能优良，起、制动运行平稳、快速。电气系统通过各限位开关和PLC设有多重电气联锁，安全保护装置齐全，工作安全可靠。既可用于件杂货的装卸作业，又可用于抓斗作业，成为一种码头前沿的多用途起重机。

　　参考文献

　　【1】钱晓龙，李晓理.循序渐进SLC500控制系统与PanelView训练课【M】.2版.北京：机械工业出版社，2008.

　　【2】冷晚星.ABB变频器的传动控制及与S7-400的通讯【J】.安徽工业大学学报，2010(27)：101-106.

　　作者：张亚飞 迟金生