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摘 要：本文通过探讨关于推杆悬链电气改造，了解了西门子S7-200系列PLC及其周边设备的特点，分析了旧控制系统的不足，以及新控制部分增强功能如何实现。
关键词：PLC；西门子S7-200；文本显示器；
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
东风汽车公司商用车公司车身厂涂装车间面漆车间推杆悬链担负着驾驶室抹胶、烘胶以及转运工作，包含2条快链6#和7#链（备用），1条工艺链5#链，2台摘挂升降机（其中1#备用）。自安装启用以来，悬链的电气控制系统经历过几次改造和捡修，但由于每次改造和检修均不彻底，遗留下诸多问题，造成悬链的电气故障频繁，影响到了工厂的正常生产。
一、原系统存在的问题
其一，PLC为早期的三菱F1-60MR控制器，输入点36个，输出点24个。实际使用输入点35个，输出点17个。由于F1-60MR控制器IO点不够，悬链必要的检测信号和控制输出不能经过PLC处理，影响系统的稳定，也增加了不必要的外设元件，在进行检测时不易查找到故障点。其二，由于PLC型号较老，其程序存储器为EEPROM，程序备份困难，曾经发生过PLC电池掉电导致程序丢失的故障，在恢复时只能依靠简易编程器逐条指令输入，造成生产线停工近3小时，影响了正常生产。其三，5#链为工艺链，链速要求保持在2.36m/min，其链速控制是通过调节滑差电机的励磁电压进行的，速度控制器容易人为调动，造成链速波动，滑差电机维护保养困难，备件也不容易组织到位。其四，6#链升降机在上升到位停顿时，由于升降速度较快，导致升降电机的抱闸发热严重，损坏快，而且升降轨道对固定轨道的冲击较大，容易造成活动轨道变形或活动架扭曲，曾经因此更换过一次活动轨道。升降机在下降到位时，有时由于抱闸片磨损，下降到位后还因惯性下冲，造成驾驶室顶盖被压伤变形。其五，控制柜内线路几经改造，电缆电线老化，走线凌乱，实物和图纸严重不符合，维护困难。其它缺陷，如没有系统自动、手动运行显示，如无升降段选择显示等。鉴于以上因素，推杆悬链的电气控制系统应该大修改造了。
二、改进的控制系统简介
笔者有幸了解了推杆悬链的电气改造，改造的重要步骤及部件如下：控制系统的核心部件是西门子S7-200系列PLC，机型设计紧凑，有良好的扩展性，低廉的价格，强大的指令。PLC配置：主机CPU226AC/DC/继电器，扩展模块EM223DI16/DO16×DC24V/Rly，扩展模块EM22124VDC，8输入。输入点共96个，输出点共48个，足以满足悬链的控制要求，实际使用输入点88个，输出点46个。系统很大的一个特点是，工程技术人员可以使用PC/PPI电缆和基于WINDOWS的编程工具，很容易建立S7-200CPU与个人计算机之间的通讯连接，使得PLC程序的导入导出，修改、调试或在线监控变得异常方便。
三、系统功能描述
改造后的控制系统在保留原有输入输出的基础上，增加了一些检测信号输入，输出信号较原来成倍增加。控制程序更丰富，功能更强大。
（一）检测信号更加可靠。原来的停止器占位、还原检测元件，升降段位置检测元件，均采用国产机械行程开关，其可靠性差，使用寿命短，而且电源由PLC提供，存在干扰和长距离时信号衰减的问题。为了克服其缺点，我们统一采用可靠性高的OMRON接近开关（E2E2-X14MD1），电源采用外部电源模块（S-50-24输入AC220V输出DC24V/2.1A），挂具小车的发号器钢板采用水平设置，防止小车因机械磨损而左右摆动造成的发号失真问题。接近开关本体带有工作指示灯，很容易检查故障。
（二）变频保护功能。5#工艺链电机5.5Kw采用变频器控制，普通异步电机更容易维护，变频器对电机的保护功能更强，链速稳定，可以锁定工作频率，防止人为调节链速。
升降机的升降电机采用变频器进行变速控制，在升降机快到升到位或降到位时，频率变小，速度降低，防止升级机冲顶或下降惯性压坏驾驶室。中间段频率变大，速度较高，避免影响摘车速度。
（三）防掉车和跑车保护功能。在进行驾驶室摘挂的过程中，有可能发生挂具小车发不出4#（5#）停止器还原的信号，或发出信号但PLC对应的关闭停止器4#（5#）的输出继电器损害，或者，停止器4#（5#）的机械故障，而导致停止器4#（5#）不能正常还原复位的情况，此时，后面的挂具小车就会从开放的轨道掉下来，造成安全事故和驾驶室损坏。为了避免发生此类事故，我们增加了停止器4#（5#）关闭到位的检测元件，如果挂具小车发出4#（5#）停止器还原的信号2秒（T124）后，PLC还没有检测到4#（5#）关闭到位信号，就会发出停链信号，避免产生掉车事故。另外一种可能发生的情况是，挂具小车在活动段到位后仍然不停，跑车升降机，驾驶室出活动段后会挤伤。发生这种情况可能的原因是随动到位检测开关坏。改造后增加了防跑车秩序：当挂具小车发出4#（5#）停止器还原的信号15.5秒（T125）后，PLC还没有检测随动到位信号，就会发出停链信号。
（四）增加停止器手动打开功能。在停止器异常故障或停止器检修的时候，经常要手动打开停止器，改造前只能通过爬高到轨道上，使用螺丝刀打开停止器气阀，操作起来特别麻烦和危险。改造后增加了停止器手动打开功能，需要手动打开时，只有在相应的按钮站操作即可。
（五）增强了故障显示功能。系统使用了TD200文本显示器，显示器不需要单独的电源，通过连接电缆连接到PLC主机的PPI接口上，就可与CPU进行数据交换。TD200内置国标汉字库，提供8个由用户自定义的功能键，最多可显示80条信息，具有良好的人机交互功能。TD200文本显示器在本系统的设计中主要用于历史故障查询。改造前的控制系统，仅在主控柜面板设置5#6#7#链驱动站故障和紧停显示，发生故障时，维修电工往往不知道如何入手查找故障。改造后的程序共有63条故障报警，几乎涵盖了所有的检测元件的故障检测，和所有的执行元件的故障检测。根据文本显示器的故障报警指示，大部分设备故障即使是资历较浅的维修电工也可以直接进行修复。
四、结论
通过设备改造，我了解了较先进的PLC设备和周边设备的运用，和基于Windows编程软件的运用。但是由于设备改造的局限性，还没有机会接触先进的中央控制系统、现场总线技术、工业计算机网络技术、HMI设备、组态软件，比较遗憾。电气控制元件的开发和控制技术的发展日新月异、突飞猛进，我将努力学习和掌握新知识新技术，立足本岗位，为东风汽车公司的发展奉献微薄之力。
参考文献：
[1]朱善君.《可编程序控制系统原理、应用、维护》[M].北京：清华大学出版社.
[2]《西门子S7-200编程手册》
关键词：PLC；西门子S7-200；文本显示器；
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
东风汽车公司商用车公司车身厂涂装车间面漆车间推杆悬链担负着驾驶室抹胶、烘胶以及转运工作，包含2条快链6#和7#链（备用），1条工艺链5#链，2台摘挂升降机（其中1#备用）。自安装启用以来，悬链的电气控制系统经历过几次改造和捡修，但由于每次改造和检修均不彻底，遗留下诸多问题，造成悬链的电气故障频繁，影响到了工厂的正常生产。
一、原系统存在的问题
其一，PLC为早期的三菱F1-60MR控制器，输入点36个，输出点24个。实际使用输入点35个，输出点17个。由于F1-60MR控制器IO点不够，悬链必要的检测信号和控制输出不能经过PLC处理，影响系统的稳定，也增加了不必要的外设元件，在进行检测时不易查找到故障点。其二，由于PLC型号较老，其程序存储器为EEPROM，程序备份困难，曾经发生过PLC电池掉电导致程序丢失的故障，在恢复时只能依靠简易编程器逐条指令输入，造成生产线停工近3小时，影响了正常生产。其三，5#链为工艺链，链速要求保持在2.36m/min，其链速控制是通过调节滑差电机的励磁电压进行的，速度控制器容易人为调动，造成链速波动，滑差电机维护保养困难，备件也不容易组织到位。其四，6#链升降机在上升到位停顿时，由于升降速度较快，导致升降电机的抱闸发热严重，损坏快，而且升降轨道对固定轨道的冲击较大，容易造成活动轨道变形或活动架扭曲，曾经因此更换过一次活动轨道。升降机在下降到位时，有时由于抱闸片磨损，下降到位后还因惯性下冲，造成驾驶室顶盖被压伤变形。其五，控制柜内线路几经改造，电缆电线老化，走线凌乱，实物和图纸严重不符合，维护困难。其它缺陷，如没有系统自动、手动运行显示，如无升降段选择显示等。鉴于以上因素，推杆悬链的电气控制系统应该大修改造了。
二、改进的控制系统简介
笔者有幸了解了推杆悬链的电气改造，改造的重要步骤及部件如下：控制系统的核心部件是西门子S7-200系列PLC，机型设计紧凑，有良好的扩展性，低廉的价格，强大的指令。PLC配置：主机CPU226AC/DC/继电器，扩展模块EM223DI16/DO16×DC24V/Rly，扩展模块EM22124VDC，8输入。输入点共96个，输出点共48个，足以满足悬链的控制要求，实际使用输入点88个，输出点46个。系统很大的一个特点是，工程技术人员可以使用PC/PPI电缆和基于WINDOWS的编程工具，很容易建立S7-200CPU与个人计算机之间的通讯连接，使得PLC程序的导入导出，修改、调试或在线监控变得异常方便。
三、系统功能描述
改造后的控制系统在保留原有输入输出的基础上，增加了一些检测信号输入，输出信号较原来成倍增加。控制程序更丰富，功能更强大。
（一）检测信号更加可靠。原来的停止器占位、还原检测元件，升降段位置检测元件，均采用国产机械行程开关，其可靠性差，使用寿命短，而且电源由PLC提供，存在干扰和长距离时信号衰减的问题。为了克服其缺点，我们统一采用可靠性高的OMRON接近开关（E2E2-X14MD1），电源采用外部电源模块（S-50-24输入AC220V输出DC24V/2.1A），挂具小车的发号器钢板采用水平设置，防止小车因机械磨损而左右摆动造成的发号失真问题。接近开关本体带有工作指示灯，很容易检查故障。
（二）变频保护功能。5#工艺链电机5.5Kw采用变频器控制，普通异步电机更容易维护，变频器对电机的保护功能更强，链速稳定，可以锁定工作频率，防止人为调节链速。
升降机的升降电机采用变频器进行变速控制，在升降机快到升到位或降到位时，频率变小，速度降低，防止升级机冲顶或下降惯性压坏驾驶室。中间段频率变大，速度较高，避免影响摘车速度。
（三）防掉车和跑车保护功能。在进行驾驶室摘挂的过程中，有可能发生挂具小车发不出4#（5#）停止器还原的信号，或发出信号但PLC对应的关闭停止器4#（5#）的输出继电器损害，或者，停止器4#（5#）的机械故障，而导致停止器4#（5#）不能正常还原复位的情况，此时，后面的挂具小车就会从开放的轨道掉下来，造成安全事故和驾驶室损坏。为了避免发生此类事故，我们增加了停止器4#（5#）关闭到位的检测元件，如果挂具小车发出4#（5#）停止器还原的信号2秒（T124）后，PLC还没有检测到4#（5#）关闭到位信号，就会发出停链信号，避免产生掉车事故。另外一种可能发生的情况是，挂具小车在活动段到位后仍然不停，跑车升降机，驾驶室出活动段后会挤伤。发生这种情况可能的原因是随动到位检测开关坏。改造后增加了防跑车秩序：当挂具小车发出4#（5#）停止器还原的信号15.5秒（T125）后，PLC还没有检测随动到位信号，就会发出停链信号。
（四）增加停止器手动打开功能。在停止器异常故障或停止器检修的时候，经常要手动打开停止器，改造前只能通过爬高到轨道上，使用螺丝刀打开停止器气阀，操作起来特别麻烦和危险。改造后增加了停止器手动打开功能，需要手动打开时，只有在相应的按钮站操作即可。
（五）增强了故障显示功能。系统使用了TD200文本显示器，显示器不需要单独的电源，通过连接电缆连接到PLC主机的PPI接口上，就可与CPU进行数据交换。TD200内置国标汉字库，提供8个由用户自定义的功能键，最多可显示80条信息，具有良好的人机交互功能。TD200文本显示器在本系统的设计中主要用于历史故障查询。改造前的控制系统，仅在主控柜面板设置5#6#7#链驱动站故障和紧停显示，发生故障时，维修电工往往不知道如何入手查找故障。改造后的程序共有63条故障报警，几乎涵盖了所有的检测元件的故障检测，和所有的执行元件的故障检测。根据文本显示器的故障报警指示，大部分设备故障即使是资历较浅的维修电工也可以直接进行修复。
四、结论
通过设备改造，我了解了较先进的PLC设备和周边设备的运用，和基于Windows编程软件的运用。但是由于设备改造的局限性，还没有机会接触先进的中央控制系统、现场总线技术、工业计算机网络技术、HMI设备、组态软件，比较遗憾。电气控制元件的开发和控制技术的发展日新月异、突飞猛进，我将努力学习和掌握新知识新技术，立足本岗位，为东风汽车公司的发展奉献微薄之力。
参考文献：
[1]朱善君.《可编程序控制系统原理、应用、维护》[M].北京：清华大学出版社.
[2]《西门子S7-200编程手册》