基于PLC 的工矿内燃机车控制系统

2014-04-01俞亚珍

机械制造与自动化 2014年5期

俞亚珍

(常州轻工职业技术学院电气工程系，江苏常州 213164)

1 选型及特点

1.1 选型

根据长期对工矿内燃机车的研制开发经验，PLC(可编程控制器)已经成了机车电气控制的核心。而用户为了兼顾其他设备上使用可编程控制器的况，指定选用西门子公司的S7－300 PLC，参考S7－300 系列PLC 的工作原理、功能、价格以及电气部分的接口条件后，确定选用西门子公司的S7－312C 紧凑型可编程控制器实现机车控制的各项功能，再辅以Easy View 的人机界面作为显示终端。

1.2 特点

S7－312C 紧凑型可编程控制器，作为西门子新一代产品具有以下特点:

1)功能强:很强的计算性能，完善的指令集。

2)快速:指令处理极其快速，功能强大的CPU 只需0.3 ms 就可处理1 024 个二进制语句，在面向文字处理方面也同样表现出色。

3)全集成:全部模块化，通讯功能和分布式I/O 全部集成，各模块能以各种不同方式组合在一起，所以可将控制系统设计成完全符合应用的需要。

2 系统结构组成和功能

系统配置如图1 所示。

图1 系统结构框图

2.1 PLC 单元

S7－312C 为本系统主控制单元，它承担数据采样(柴油机转速、机车速度、温度、压力等数据)、数据处理、报警、趋势、数据记录等工作。司机通过操作终端可以了解机车的运行状态。

2.2 外围单元

外围单元包括数字输入输出模块SM321，SM322，SM323 各一块、8 路模拟量输入模块SM331 一块、一轴定位模块FM353 一块、步进电机驱动器Q3FY44 一块、温度变送器NCT1 四只、压力变送器NCP1A 三只以及一些按钮、开关、继电器、电磁阀等。

I/O 信号统计如表1。

表1 信号统计表

2.3 系统功能

a)控制柴油机的启动和停止。

b)数据采样功能:由SM331 模拟量输入模块采样温度和压力信号，通过集成在S7－312C 上的两路高速计数器分别采样柴油机转速和机车速度信号，经过程序换算成柴油机转速值和机车速度值，并且累计机车运行里程和柴油机工作时间。

c)报警功能:当某一模拟量(如:温度、压力)测量值超出给定范围或某一开关量(如:低水位开关)发生位变时，根据不同的需要发出不同等级的报警，如人机界面显示报警信息、声光报警、机车卸载等。

d)显示功能:在人机界面屏面上实时显示机车的各种运行参数(如柴油机转速、机车速度、柴油机油温、油压、液力变扭箱油压、油温等)，通过选择触摸键还可以获得有关操作机车的帮助信息。

e)安全功能:按不同的操作级别分级加密，可以实时修改参数(如报警范围、柴油机启动时限等)。

f)实现柴油机的无级调速:通过控制FM353 一轴定位模块产生脉冲经步进电机驱动单元分频后控制步进电机运转，调节柴油机的油门，对柴油机进行调速。

3 系统的软件设计

机车电气控制系统软件设计采用模块化结构，这充分利用了STEP7 编程软件的特点。功能模块主要分为:柴油机起动子程序模块、数据显示子程序模块、柴油机调速子程序模块、手动/自动控制子程序模块、报警子程序模块等.

3.1 柴油机启动子程序模块

控制柴油机的启动，按下启动按钮，A 则首先机油预供油泵开始工作，待机油压力达到0.1 MPa 时，机油预供油泵停止工作，启动电机开始运转带动柴油机启动，B 待柴油机启动完成正常运行后，运转继电器将柴油机启动回路切断，也可以防止柴油机在运转时的二次启动，并用程序控制柴油机一次启动时间不超过8 s，控制流程如图2 所示。