6ES7231-7PD22-0XA8诚信交易

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水力发电机组控制系统的自动化，包括发电、调相、停机三态互换共6种流程操作的自动化，以及事故保护和故障信号的自动化。其任务是借助自动化元件（或传感器）和装置（或可编程控制器）组成一个不间断进行的操作程序，以取代水电生产过程中的各种手工（或传统自动化）操作，从而实现生产流程的新型自动化，是实现水力发电综合自动化的铺路石。三态互换的控制装置初是由电磁型继电器构成，以后又出现了由无触点晶体管元件构成的顺控装置（例如1983年在丹江口水电站出现的弱电控制系统），这两种控制均属常规（传统）控制。随着水电事业的发展，为保证水力发电厂监控，对机组自动化提出了高的要求，常规的监控已越来越不能满足电力系统和经济调度的需要，监控设备新换代势在必行。随着计算机及应用技术的发展，可将微机或以微机为基础的可编程控制器（PLC）或工控机用于水力发电厂监控系统[1]，以实现机组的顺序操作，近年的实践证明这一举措技术、性能、功能强大、实时性高。
一、水力发电机组自动操作输入/输出配置


采用微机或PLC实现机组的顺序操作，是通过微机的外围设备中的开关量输入、模拟量输入和温度RTD输入模块采集所有与机组顺序操作相关的各种信息，由微机或PLC的CPU进行计算、分析和逻辑判断，将处理转换成继电器通断一样的开关量输出信号，再去控制机组及其辅助系统[2][3][4][5]、调速系统[1][6]、励磁系统[1][7]、同期装置[1][8]和保护系统等设备。


下面从历史经验沉淀出的机组自动化信号元件（传感器）配置给出较典型的立式混流式机组（如东江、双牌、酒埠江等水电站）单台顺序操作的接点表[1]，其发电机采用空气冷却方式，推力、上下导、水导采用稀油润滑，停机制动方式采用电气制动和机械制动互相配合，设事故配压阀作为调速器的失灵保护，考虑发电、调相和停机等三种运行状态。（见表1-表4<略>）


可见对于大中小型机组的开关量输入（46、43、43）、开关量输出（28、28、28）、模拟量输入（8、8、5）等点数分别是非常接近的，这是因为小机组“麻雀虽小，肝胆俱全”，其控制系统与大机组非常类似，只是执行环节对容量的要求不一样罢了；至于温度输入RTD信号点数（116、45、36）差异较大，是因为尺寸大的机组要求有多的温度测点。


二、水力机组顺序操作程序设计的初步考虑（自上而下）


水力机组自动控制系统的设计与机组及调速器的型式，机组润滑、冷却和制动系统，机组同期并列方式和运行方式（是否作调相运行），以及水力机械保护系统的要求等有关，设计前应了解它们对机组控制系统的要求[1][9][10][11]。为保证水力发电机组操作的性和可用性，在机组顺序操作程序设计中作如下考虑：


1．在操作人员或微机发出机组操作命令后，可以自动、讯速、地按预定流程完成三态互换等6项操作任务，也可以在操作人员干预下进行单步操作。


2．停机命令于发电和调相命令，并在开机过程中、发电状态和调相状态中均可执行停机命令，就是说一旦选中停机命令，其他一切控制均被禁止。


3．操作过程中的每一步操作，均设置启动条件或以上一步成功为条件，仅当启动条件具备后，才解除对下一步操作的闭锁，允许下一步操作；若操作条件未具备，根据操作要求中断操作过程使程序退出或发出故障信号后继续执行。


4．对每一操作命令，均检查其执行情况；当某一步操作失败使设备处于不允许的运行状态，程序设置相应的控制，使设备进入某一稳定的运行状态。


5．当机组或辅助设备（如调速器、油气水小系统、自动化传感器等）发生事故、故障或运行状态变化，应能许讯速、准确诊断，不允许操作继续，应自动中断操作过程使程序退出；同时将事故机组从电力系统解列停机，或用信号系统向运行人员指明故障的性质与部位，指导运行人员作正确处理。


6．检测到电力系统功率缺额时，根据系统频率降低程度，依次自动将运行机组带满全部负荷、将调相机组转为发电运行、将事故备用机组投入系统。


7．应能根据自动发电控制AGC[12]的指令，改变并列运行机组间的负荷分配与经济运行[13][14]；对于ZZ型机还应根据上游水位变化改变其协连关系，使机组率运行。


8．在实现上述基本原则的前提下，机组自动控制系统应力求简单、，采用信号采集点尽可能少；一个操作结束后应能自动复归，为下次操作作准备；同时还应便于运行人员修正操作中的错误。


三、水力机组操作流程


一个复杂的生产工序过程，通常可以分解为若干个工序，而每个工序又可分解为若干个具体步骤，将一个自动化过程分解为一些分过程是十分必要的，将上述典型混流式机组的过程操作分解后用程序框图表示（图略）。


1 停机转发电操作


停机转发电操作分解为八步（无高压油泵减载装置者少一步），此过程一般用时控制在2min内。①开机准备，自动进水口闸门打开、机组、导叶锁定拔除、断路器分闸状态、制动闸撤除等5个开机条件，符合（与逻辑）则进行下一步。②开辅机：a．开启高压减载油泵，若高压减载工作油泵出现故障则启动备用油泵，若备用油泵也故障则转入停机程序；b．打开冷却水电磁阀，若延时后仍无冷却水，则发出故障信号；c．打开密封水电磁阀，若延时后仍无密封水，则发出故障信号。此3个条件符合（与逻辑）则进行下一步。③启动调速器，将开度限制开至空载稍上、导水叶放开至起动开度，进入下一步。④导水叶打开后，机组转速上升，至80%ne时投入励磁装置建立UF。⑤转速n＞95%ne时切除高压减载油泵。⑥自动投入并检查准同期合闸条件。⑦同期条件满足后断路器合闸并网。⑧调速器自动打开开度限制机构至全开或位置，为机组带负荷创造条件，至此，停机转发电过程完成，机组为发电状态。


2 发电转停机操作


发电转停机操作有正常停机和事故停机之分，正常停机分解为①ZT机构与ZLT动作卸有功与无功负荷至小；②出口断路器跳闸与电力系统解列；③开限机构全关驱使导水叶全关；④转速下降至ne时投入高压油泵减载装置（无者少一步）；⑤转速下降至60%ne时投入电气制动（无者少一步）；⑥转速下降至15%ne（无电气制动者35%ne）时投入机械制动；⑦制动投入一定时间后停止辅机，包括关制动电磁阀、关冷却水电磁阀、关密封水电磁阀、开围带电磁阀、投导叶锁定、切除高压油泵减载装置进入停机状态等七步，此过程用时一般在2min以内。


3 发电转调相操作


发电转调相操作分解为①卸负荷：自动减机组有功率与无功功率为小；②全关KX机构驱使导水叶全关进入调相状态；③操作调相压水给气阀与补气阀[15]：若转轮室水位过设定的上限水位时，开启调相压水给气电磁阀，转轮室水位被压下至设定的下限水位时关闭调相压水给气电磁阀，调相压水过程中为压缩空气的逸失一直开启补气阀等，此三步过程用时一般控制在25s内。


4 调相转发电操作


调相转发电操作分解为①KX机构开至空载稍上同时导水叶开至起动开度，是为“充水”过程，之后实质已进入发电状态；②切除调相压水水位信号装置的电源关闭其控制的给气阀和补气阀；③调速器KX机构开至全开或开度，带上AGC分配的负荷。此三步过程用时应控制在15s内，事故备用机组闲时作调相运行电力系统无功，电力系统事故时考虑“低频起动”相比“冷起动”（借用火力发电术语，这里指水力机组由停机转发电）能快进入发电状态，对确保电力系统增加了保证，因为这里省掉了同期并网检测时间和断路器合闸时间。(见图四<略>)


5 停机转调相操作


停机转调相操作是停机转发电和发电转调相的连续过程，即有


TJTX=TJFD+FDTX


存在，这是一个过程逻辑，执行情况是打开导叶至空载、同期并网进入零负荷发电状态运行，旋即全关KX机构及导水叶进入压水调相状态，此过程用时一般在2min左右。


6 调相转停机操作


调相转停机操作是调相转发电和发电转停机的连续过程，即有TXTJ=TXFD+FDTJ


存在，这又是一个过程逻辑，执行情况是打开导叶至空载进入零负荷发电状态运行，旋即断路器分闸解列、KX机构驱使导叶至全关，按发电转停机方式实现停机，即所谓“先充水、后停机”，目的是加速调相机正常停机与事故停机过程，缩短低速惰转时间，减少推力瓦磨损。此过程用时一般在2min左右。


四、水力机组保护与信号


1 水力机械事故保护


机组遇下列情况之一（或逻辑），即需进行事故停机，事故前不得进行开机。1．1．上导、推力、下导四大轴承过热，事故停机温度通常整定为70℃；


1．2．调相解列防护：为防止调相运行时意外解列而失电源后机组长时间低速旋转，造成推力油膜变薄、推力瓦被烧坏，通常要求调相运行时若机组转速n≤80%ne则进行事故停机；


1．3．油压装置油压事故低，该事故油压值应整定为可以操作接力器油压小值的约1.8倍，以保证抢在油压消失前可关闭导水叶[4]。


1．4．机组转速n＞110%ne，过速限制器动作。


1．5．发电机差动保护动作：纵联差动保护为定子绕组及其引出线的相间短路保护；横联差动保护为定子绕组一相匝间短路保护，它们的动作反应了发电机内部短路的严重事故。


2 紧急事故保护


机组遇下列情况之一（或逻辑），即需进行紧急事故停机，这时直接作用于紧急事故停机电磁阀操作接力器快速关闭导叶，停机后不得撤除制动，事故前不得进行开机。


2．1．机组过速达140%ne（出现于甩全负荷飞车），这一数据是遵照过去苏联影响下的《水电站机电设计规程（草案）》关于机组甩全负荷时大转速上升率不过40%（即大转速不过140%ne）的要求，但国内已有阳辛和石门2座水电站的β值高达60%（大转速可达160%ne），可见突破规程中40%（140%ne）的要求也不乏先例[16]，所以这一参数的整定可依据实际设计过程中的调节保证计算。


2．2．机组事故停机过程中发生剪断销被剪。


3 水力机械故障


机组遇下列情况之一（或逻辑），只发出故障信号通知运行人员处理，不进行自动停机。


3．1．上导、推力、下导四大轴承及发电机热风温度过高，该温度一般整定为60℃；


3．2．上导推力油槽、下导油槽、水导油槽、漏油箱、回油箱等油位不正常；


3．3．上导推力油槽、下导油槽、水导油槽中设置的冷却器中断冷却水；


3．4．仅仅是连板与拐臂间的剪断销被剪断，由销中嵌入式剪断信号元件发出信号；


3．5．开、停机用时出设定值（一般2min）。


4 防护机组甩负荷抬机


轴流式水轮发电机组在运行过中曾普遍出现过破坏作用大的甩负荷时抬机的现象，是因为其转动部分相对重量值KG[17]太小，如葛洲坝大江14#机装有四只紧急真空破坏阀并加上采用两段关闭而KG值仅为1.280kg/cm2于1987年抬起25mm[18]；万安装有四只?椎500紧急真空破坏阀并加上采用两段关闭而KG=1.387kg/cm2发生微抬（笔者1990年代平信调研）；东江KG=3.848kg/cm2甩负荷不抬机。治理机组甩负荷抬机应看到粗短的尾水管中发生每秒千米速[19]的水击、应把控制策略调整为立即不延时向转轮室适量压缩空气[17]、应充分利用的优势[20]、应逐步走向综合兼顾[15]。


五、机组自动操作的PLC系统设计


1 选择PLC机型


目前PLC产品种类繁多，同一公司的PLC也分多系列，如SIEMENS单S7系列分S7-200、S7-300、S7-S7-400等，其中仅S7-300又有标准型CPU（312；314；315-2DP；315-2PN/DP；317-2DP；317-2PN/DP；318-2DP）、故障型CPU（315F-2DP；317F-2DP）、紧凑型CPU（312C；313C；313C-2PtP；313C-2DP；314C-2PtP；314C-2DP）、技术功能型CPU317T-2DP等之分[21]，又如OMRON有C60P、CQM1；C200HS、C200H；C2000H、CV2000DENG[22]，这就需要用户去选择既满足系统要求又适合系统特点的产品。正确选择产品，要的是选定机型[23]。


1．1．选定机型应考虑控制系统的类型，如本例属亚快速中型系统；


1．2．选定机型应考虑工艺功能、维护方便、备件通用；


1．3．选定机型应考虑控制对象的特殊控制功能要求，如本例要求高速计数器和高速脉冲输出，它们分别机组转速和控制调速器的伺服或步进电机；


1．4．选定机型应考虑着重考虑控制对象要求的I/O点数之多少，如本例大型水力发电机组开关量I/O点数初步统计为46+28=74，模拟量通道数为8，考虑I/O端的分组及隔离与接地要求以增加15%的裕量，使估算值达85（开关量）、10（模拟量），选定的PLC机型之I/O能力限值大于上述I/O点数估算值，并应尽量避免PLC的能力接近饱和，一般应留有30%左右的裕量[24]，即本例要求PLC能力点数85/（1-30%）=122（开关量）、10/（1-30%）=14（模拟量）；　1．5．选定机型应考虑存储器容量，用户程序所需存储器容量不仅和PLC系统的功能有关，还和实现功能的方法、编写程序的水平有关，PLC的I/O点数估算值大小在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可依据I/O点数估算值进行估算，所需存储器容量=1.25×（DIO×10＋AIO×100）／1024＝2312（B）；


1．6．选定机型还应考虑I/O响应延迟与电磁兼容性问题。


1．7．CPU的选型是合理配置系统资源的关键，选择时依据控制系统对CPU的要求，包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等。


1．8．以上几点尤其I/O能力、存储器容量、响应速度等是确定PLC具体型号时的技术必要条件，除此之外，一些非技术条件也很重要，如价格、质量、应用经验等，通常能满足控制任务要求的PLC型号远不止一种，很难肯定某种型号为，需请各地、各类、各级水电厂（站）从实际出发、因地制宜、科学运筹、又快又好地推进基于PLC的分层分布式计算机监控系统的建设。


2 选择接口设备


包含两类：一是PLC自身的I/O模块、功能模块；二是和接口模块相连的外部设备。


2．1．应注意模块的型号、规格要配套、一致。


2．2．应考虑模块与外部设备的匹配，包括性能、速度、电平等方面的匹配，不仅要注意它们的稳态特性，还要注意它们的动态特性。


3 确定PLC配置


确定PLC型号及接口设备后，依据水力发电机组要求的6项生产控制功能、监测与人员干预功能、信息处理功能、管理功能在自动化过程分解基础上创建的功能说明书，创建PLC配置图，包括以下内容：


3．1．各应用PLC及其I/O操作员站与过程或设备的相关位置一览图；


3．2．CPU和I/O模块（及其机架）的机械布置图；


3．3．各CPU和I/O模块（含信号模块编号、通讯地址和I/O地址）的电气连接图。


六、机组自动操作的PLC程序设计


程序结构设计和数据结构设计是程序设计的重要内容，合理的程序结构与PLC内存资源的合理分配使用，不仅决定着应用程序的编程质量，而且对编程周期以及程序调试都有很大影响，在系统设计时，对自动化过程或设备的分解以及创建的各项功能说明书，是程序结构设计和数据结构设计的主要技术依据。


1 程序结构设计


1．1．对于一些控制规模较小、运行过程比较简单的控制程序往往设计成线性程序结构，即把工程中需要控制的任务按照工序要求书写在主程序（OB1）中，它的特征是程序连续（所有的指令）放在一个块内，块内程序按顺序执行，编程时不必考虑功能块如何编程及如何调用，也不必考虑如何定义局部变量及如何使用背景数据块，例如文献[2][3][4][5]所做的。


1．2．对于一些控制规模较大、运行过程比较复杂的控制程序往往设计成分块程序结构，即把一个复杂的控制工程分成多个比较简单、规模较小的控制任务，再把这些控制任务分给一个个子程序块，在子程序编制具体任务的控制程序，后由主程序（又称组织块）调用的方式把整个控制程序统管起来，例如文献所做的[15]，如果用一个线性程序编制具体任务的控制程序还有困难，可再一次使用分块结构编程，即所谓子程序嵌套（深度决定于堆栈深度），例如本例停机转发电是机组自动操作的一级子程序，执行过程中调用一个叫runleng(润滑与冷却)的二级子程序，这个二级子程序作者在文献[5]中编制过，还需调用lici（发电机励磁投入）、tongqi（同期并列装置投入）等二级子程序；又如本例一级子程序发电转调相中调用一个叫tiaoxiang(调相压水)的二级子程序，这个二级子程序作者在文献[15]中编制过；再如本例一级子程序发电转停机中调用一个叫zhidong(制动)的二级子程序，这个二级子程序作者在文献[25]中编制过。


1．3．结构化（模块化）的程序结构，是PLC程序设计和编程的有效结构形式。结构化程序有目前的编程和程序调试效率，应用的程序代码量也小，结构化程序支持多个程序员协同编程，但这种程序结构建立在对PLC系统功能的合理分析、分解及综合基础之上的，例如本例机组操作自动化的分析、分解、综合就是作者20多年消化、归纳、融合有着渊博理论知识、丰富实践经验的王定一教授及其他学者的思路、成果并现场感受的情景下进行的，现深入浅出地呈现给大家，期待这一工作对我国机组自动操作由继电器组织方式改造成为可编程控制器组织方式起到积作用。2 数据结构设计


西门子公司的STEP7供了较多的基本数据类型，提供了许多复合数据类型，这些丰富实用的数据类型还可以灵活地组合构成自定义的、新的、各不同特性的数据块。共享数据块使各功能块间能够方便交换信息；数据块（背景数据块）使某功能块能单占用数据块而不必担心被其它块修改。数据块划分了数据的存储空间，并让这些存储空间存储不同类型的信息，在数据结构的设计中，应明确规定各数据块的特性、作用、编号、数据的存放格式等内容，数据结构设计与程序结构设计相关，应协同考虑。


3 编程与调试


1．在程序进行程序结构设计和数据结构设计过程中从上至下建立程序结构的基础上，然后从下向上逐步丰富用户程序块的内容，即被调用的程序块或数据块在编程时建立，这就是作者先写作了文稿[2][3][4][5][25]的原因，然后依次在高层次上建立逻辑块，直至所有块全部建立。限于篇幅，本文不可能将全部程序罗列出来，这里只提供一般方法给大家参考，旨在吸引编程爱好者和青年学子来参加编程，以提高PLC程序的性、简洁性、可读性、可测试性和可维护性；以实现“对水电站自动化升标，各类新老水电厂(站)建设基于PLC的新型综合自动化系统”[26]。


2．PLC程序的调试一般要经过功能单元测试、功能总体测试等前期模拟调试和现场冷热态调试等后期步骤。

    在本例系统中，一个RS485子网中不只一台PLC，要使PLC能识别计算机是否要与自己通信，在字符格式中还需要增加PLC站号字符（一个字节），用于使PLC识别计算机是否要与自己通信。

引言

随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施——向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车、布置灵活、低耗、、等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、、造价低等优点,在国内车库市场占有优势的市场份额。

升降横移立体车库运行原理

升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为2维矩阵形式,可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制,一般为2~4层(国家规定为4层),2层、3层者居多,现以典型的地上3×3升降横移式为例,说明停车库的运行原理。

立体车库结构特点是：底层只能平移,层只能升降,中间层既可平移又可升降。除层外,中间层和底层都预留一个空车位,供进出车升降之用。当底层车位进出车时,移动其他托盘就可直接进出车;中间层、层进出车时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行相应的平移处理,直到下方为空才可进行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降复位,平移不复位。

控制系统方案的确定

升降横移立体停车库以停放轿车为主,其代价较昂贵,而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的,所以对设备的性和性要求非常高。PLC采用了以计算机为的通用自动控制装置,集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体,性强、、设计紧凑、扩展性好、操作方便,适用于频繁启动和恶劣的环境,因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的。

作为网络底层的现场总线技术以其简单的结构,在控制系统的设计、安装、运行、维护上体现出大的优越性,因此本文采用Profibus-FMS和Profibus-DP构成两层控制网络。Profibus-FMS主要完成中等传输速度的循环和非循环通信任务,通常用于PLC与PC、PLC与PLC之间的互相通信。而底层网络则选择了Profibus-DP,这主要因为Profibus-DP是经过优化的高速通信联接,用于设备级分散I/O之间的通信,构成获得短总体循环时间的单主站系统。本系统运用现场总线技术实现了现场智能设备和自动化控制设备之间的开放式、数字化、多节点通信,并提高了系统工作的性和灵活性。

同时,本系统以上位机作为监控机,利用上位机的数据通信手段,数据处理能力和图形显示、多媒体技术,通过现场总线,实时接收和处理下位机PLC从现场采集的各种状态、控制、报警信号,并利用这些信号驱动制界面中的各种图形,实时显示现场的各种状况,在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面,对操作运行和故障给出提示、报警等。

立体车库控制系统设计

控制系统的组成

立体车库控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统组成,图1为该系统结构框图。其中,监控系统由“上位机+Profibus现场总线+PLC+现场操作机构”构成,以PC机为,配备有打印机、音效设备、收款机、显示器等。如果车库是由多个3×3单元的组合,可以用一个PLC控制一个车库单元,多个PLC共同构成多点结构的局域网。如果车库的规模足够大,还可以考虑配备操作器、触摸屏和IC卡磁卡机等来实现智能化自动控制。

图1 控制系统结构图

车库控制方式分为3级——手动、半自动和全自动。手动是在现场用手操作器对每个托板进行点动控制,应用于车库检修、突然停电、紧急停机和车库故障4种情况;半自动为操作PLC控制面板上的按钮由PLC实现自动逻辑控制;全自动是由计算机给出存取命令由PLC来执行任务(要求配备“操作器”)。其中,手动方式为级,而半自动或全自动方式用于正常进出车处理,其中半自动方式级全自动。在计算机脱机情况下,PLC控制面板可以完成所有存取车操作,而且本设计要求手动、半自动、全自动之间能够互锁。

PLC控制系统设计

PLC是车库控制系统的,其操作大致分为三类：以故障诊断和处理为主的操作;联系现场状况的数据I/O操作;执行用户程序以及响应与PLC相连的外部设备的命令操作。当有存取操作时,PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮或上位机输入的指令,做出合理的工控安排：判断检测元件的状态,读取车库机械驱动部分的信息;然后,将信息反馈到执行元件,拖动车位板,实现其位置移动,完成车辆的存取操作和信号的显示(指示灯)。整个动作区域配有光电检测及多重系统,以防异常情况发生。

该系统中PLC主要完成对托盘、托板位置及运行状态的检测和存取车的操作。用各种光电开关、行程开关检测位置状态,用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。

对车位的操作就是控制横移小电机和升降大电机,使它们在不同时间实现正反转。而且上层升降动作和以下各层的横移动作是互锁的,即当上层泊位在升降时,下面各层泊位不能移动,反之亦然。并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。

为了保证存取车,系统要定位。行程开关的设置保证了托板能平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置,但同时,行程开关逻辑要严格互锁。例如1、2水平限位开关在静态情况下只能有一个是断开的,如果2个以上开关闭合即表示托板不到位。在车库静止时, 2、3层所有挂钩信号均应断开(负逻辑),2层上限位开关断开,3层上限位开关闭合。

此外,为了保证载车板运行过程的性,采取传动系统自锁保险设计和挂钩保险设计：如链传动采用制动电机,无论发生什么情况,都处于自我保护状态;控制挂钩运动的电磁铁上有一反馈信号,以指示挂钩是否已把托盘挂好等。

光电开关布置在不同的位置有不同的功能：分别安装在托盘底层左右两边的光电开关,可以检测托盘上汽车停放是否到位;在托盘对角线上安放的光电开关可以检测托盘上有无车;装设于停车库车辆入口处左右两侧的光电开关还可以用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况等,如车辆未停妥、动作区域有人或物、运行过程中有车想开进等意外情况,光电开关光线被遮,会给PLC一个电平变化信号,从而改变PLC的输入,蜂鸣器发音报警,设备不作运行或停止运行。

同时在车库中还运用了一些传感器,如烟温传感器、检测断绳松绳或断链报警的位移传感器,以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等。

PLC控制系统程序设计

控制程序流程图

该系统存取车控制只针对上层(二、三、四层)车位,而对于下层车位,存取车只需直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程图如图2所示。

图2 上层控制程序流程图

软件在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧,所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行,待各流程动作全部结束后,根据相应执行条件,汇合状态动作。即如果选择三层托盘进出车,可以使一层二层同时平移(左移或右移),这样,设备动作顺序之间联锁或双重输出时,控制系统均能自动处理,而且控制系统的试运行及故障检查非常方便,可节约大量时间,提高工作效率。

控制程序优化

由于上层的托盘升降都使其下层车位为空车位之后才能进行,以地上三层车位运动为例,一层空车位位置有N种,二层托盘升降涉及的运动方式有N2种,三层托盘可能的运动方式有N3种,随着车位和层数的增加,程序会出现剧烈膨胀,因此,如何寻求简便方法,使程序得到优化将是该系统程序设计的难点。以二层为例,在变量Dm中存放二层需要存取的车位号,该车位号为1~N,如进行上层X(1≤X≤N)号车位存取,则Dm＝X;在Dn中存放下层空车位号,设空车位为Y号车位,则Dn＝Y;在进行存取车时,把Dm和Dn中的数值进行比较,其结果为零,则上层车位的托盘可以直接下移;如果结果大于零,则表示空车位在左边,这样先把空车位右边个托盘左移到空位上,之后重复上述过程,直到空车位在上层需要存取的车位正下方时,上层车位的托盘才能进行升降运动。三层和四层存取车的处理方法和二层类似。

模块化程序设计

PLC控制程序采用模块化编程形式,车位运行过程中只需调用子程序模块,这样大大降低了程序的复杂程度,方便了程序的修改,而且为车位的拓展提供了便利的条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、托盘平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序模块和故障报警子程序模块。

软件设计中关键问题的处理

程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件,当系统掉电时元件保持掉电前的状态,以保存现场信息,待上电后继续完成被中断的动作;当发生意外情况时,按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息;当出现如电机过载、过热电气或机械故障时,自动中止系统的运行,并发出声光报警,同时系统转入手动方式进行故障处理。

结语

升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和Profibus现场总线控制,使整个控制系统的性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,实现了进出车的智能控制。系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级冗余控制方式,配合软件/硬件连锁保护,大大提高了系统的性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。