论文-自控硬件设计

1港口散粮装卸控制系统的研究与应用2PLC控制系统随着技术的发展，PLC不仅可以实现一般的逻辑控制，还具备了包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能。PLC通信能力的增强，使得控制系统的配置可以更加灵活、方便。将计算机与PLC结合起来，可以充分利用PLC的可靠性、开发周期短、编程容易等显著特点；充分利用计算机友好的人机对话和监控功能，并可以进行一定的辅助决策，这样就可以组成高性能价格比的控制系统。本自动控制系统采用了国际上先进的MODICON公司Quantum系列产品，通过Modbusplus网络实现分布式I/O控制。控制系统PLC主机模块选用的是Quantum的140CPU42402和140CPU43402,控制系统PLC其他硬件也采用Quantum系列产品。Quantum是具有数字量处理能力的专用计算机系统,具有模板化、可扩展的体系结构，包括CPU模版、I/O模版、I/O接口、通讯模板、电源和底板。2.1PLC模块2.1.1PLC电源模块PLC输入模块采用Quantum系列140CPS11400,其主要参数如下:输入电源:170-276VAC(模块接线端子③④开路)额定功率:130VA内接熔断器容量:2A输出到总线最大电流:8A电源模块故障检查步骤:首先检查模块上PwrOKLED是否亮,如果亮则表示电源已送到总线,如果不亮则检查外供电源,外供电源正常则检查模块内接熔断器,内接熔断器正常则是模块故障。22.1.2PLC主机模块PLC主机模块采用Quantum系列140CPU42402,其主要参数如下:用户逻辑存储容量：64KW最大I/O点数：64K(I/O任混)程序解算时间:0.3mS/K—1.4mS/KDIO最大网络数：3RS232（Modbus）通信口:1个RS485(ModbusPlus)通信口:2个(冗余)网络主机模块LED显示功能描述及故障诊断:LED颜色LEDON时指示内容Ready绿CPU上电自检通过Run绿CPU开始运行程序Modbus绿Modbus通信口正在通讯Modbus+绿ModbusPlus通信口正在通讯MemPrt琥珀存储器写保护(存储器保护开关动作)BatLow红锂电池电压低需更换ErrorA红Modbus+A网通信故障ErrorB红Modbus+B网通信故障主机模块前面板装有两个3位置滑动开关,该开关设置RS232（Modbus）通信口参数。主机模块后面板上装有2个旋转开关，用于设置该模块在ModbusPlus通信网络地址。32.1.3PLC网络可选模块PLC网络可选模块采用Quantum系列140NOM21200，该模块具有1个RS232（Modbus）通信口；2个(冗余)RS485(ModbusPlus)通信口。网络可选模块LED显示功能描述及故障诊断:LED颜色LEDON时指示内容Ready绿模块通过上电诊断Run绿设备为核心方式，正常操作总是OFFModbus绿Modbus通信口正在通讯Modbus+绿ModbusPlus通信口正在通讯ErrorA红Modbus+A网通信故障ErrorB红Modbus+B网通信故障网络可选模块前面板装有两个3位置滑动开关,该开关设置RS232（Modbus）通信口参数。网络可选模块后面板上装有2个旋转开关，用于设置该模块在ModbusPlus通信网络地址。2.1.4PLC网络通信模块PLC网络通信（DIO）模块采用Quantum系列140CRA21200，该模块具有2个(冗余)RS485(ModbusPlus)通信口。网络通信模块LED显示功能描述及故障诊断:4LED颜色LEDON时指示内容Ready绿模块通过上电诊断Fauit红该模块与一个或更多DIO模块之间通信故障或一个输出模块被Modbus+网刷新Pwrok绿总线电源正常Modbus+绿ModbusPlus通信口正在通讯ErrorA红Modbus+A网通信故障ErrorB红Modbus+B网通信故障网络通信模块后面板上装有2个旋转开关，用于设置该模块在ModbusPlus通信网络地址。140CRA21200主要技术参数：输入电源：85—276VAC熔断器容量（外接）：1.5A输出总线电流：3ARS485(ModbusPlus)通信口:2个(冗余)网络2.1.5PLCA/D转换模块PLCA/D转换模块模块采用Quantum系列140ACI03000，该模块是8路单极性模拟量输入模板,可接受任混的电流和电压输入。在本系统中采用24VDC,4-20mA电流输入，其电流信号是由设备的电流传感器和电流变换器转换。PLCA/D转换模块的模拟量信号采集和接线参看“皮带机电流检测及PLC模拟量输入图”。52.1.6PLC输入模块PLC输入模块采用Quantum系列140DDI35300,该模块接受24VDC输入信号，该模块是32点输入模块，每8点为一组，共4组。输入模块是连接现场各种传感器、开关、电气设备保护信号与PLC的转换装置。输入模块接受以上来自现场检测设备的电信号,将这些信号对控制器进行隔离,并将这些信号转换成可接受的电压值以刷新PLC的状态RAM(随机存储器)。140DDI35300主要技术参数：输入工作电压（ON）：15-30VDC输入工作电压（OFF）：-3-5VDC输入工作电流（ON）：最小2mA输入工作电流（OFF）：最大2Ma内部阻抗：2.5KΩPLC输入模块对检测信号的输入和接线参看”现场检测信号输入PLC模块示例图”。2.1.7PLC输出模块PLC输出模块采用Quantum系列140DDO35300,该模块是32点输出模块，每8点为一组，共4组。输出模块连接中间继电器去驱动接触器、电磁阀、指示灯、警铃、软启动器、变频器等设备。输出模块接受来自PLC的状态RAM的电信号，将这些信号与现场隔离，并把这些转换成合适的电压、电流值驱动以上设备。6140DDO35300主要技术参数：输出工作电压（最大）：19.2-30VDC导通时压降/每点：0.4V最大负载电流/每点：0.5A最大负载电流/每组：4A内置熔断器：5A/每组输出模块LED显示功能描述及故障诊断:LED颜色LEDON时指示内容Active绿模块通过上电诊断并与总线通信Fauit红内置熔断器断或PLC掉电1-32绿输出点状态PLC输出模块设备的输出控制和接线参看“皮带机分时软启动及软启动器PLC控制图”中有关PLC输出控制皮带机及软启动器部分。2.2PLC系统供电2.2.1PLC系统所需电源种类PLC系统设备电源电压图纸电源名称PLC电源模块（140CPS11400）220VACPLC电源PLC通信模块(140CRA21200)220VACPLC电源PLC输入模块（140DDI35300）24VDCPLC输入电源PLC输出模块（140DDO35300）24VDCPLC输出电源中间继电器线圈24VDCPLC输出电源7PLCA/D模块（140ACI03000）24VDC电流传感器电源电磁闸阀线圈24VDC电磁阀驱动电源接触器线圈220VAC接触器线圈电源2.2.2PLC系统供电PLC系统电源都是由变电所供给低压配电间电源直接供给，不经过配电间的受电开关。为了保证PLC电源及控制电源工作的可靠性，PLC及低压控制电源采用双电源自动互锁供电方式。见“PLC及低压控制电源和互锁电气原理图”。2.3PLC系统通信网络在大窑湾散粮PLC系统中采用两种通信网络：既ModiconModbusPlus区域网络和Ethernet（以太网）网络。2.3.1ModiconModbusPlus本地网络ModbusPlus是本地网络，它允许监控计算机、PLC和其它数据源以对等方式进行通信，数据传输送速度为1M位/秒，其通信介质是双绞线。由于大窑湾散粮工程被控设备分布范围广，因而PLC系统采用分布式I/O(DIO)控制方式，DIO控制方式采用ModiconModbusPlus网络协议。为了确保控制系统的高可靠性，本网络系统采用双通信电缆（每根通信电缆指双绞线〕，既双缆冗余方式。双缆冗余方式使控制系统避免单缆断裂或连接器损坏引起危险，一根电缆断裂不会中断通信。PLC系统与监控计算机之间连接也采用双缆冗余ModiconModbusPlus网络协议。监控计算机通过Modicon公司的SA85网卡与ModiconModbusPlus网络通信。82.3.2大窑湾散粮PLC系统通信网络构成大窑湾散粮PLC系统采用一个主干网络和6个分布式DIO网络（见大窑湾散粮PLC系统网络图）。主干网络由中控室一层PLC主站、装车楼PLC主站、转接塔三层PLC主站、转接塔十层PLC主站、3#配电间PLC主站、卸船计量楼DIO分站、中转塔DIO分站组成，简称为M+1网络；装车楼一层DIO分站、交汇塔二楼DIO分站、装船计量楼一层DIO分站组成M+2网络；地沟配电间DIO分站、续建配电间DIO分站组成M+3网络；转接塔十层DIO分站组成M+4网络；转接塔三层DIO分站组成M+5网络；3#配电间DIO分站、2#配电间DIO分站、1#配电间DIO分站组成M+6网络。2.3.3网络节点地址构成网络节点地址是指ModbusPlus网络中每个通信设备（节点）地址，在大窑湾散粮控制系统中，ModbusPlus通信设备是指PLC主机模块、网络可选模块、网络通信接口模块（140CRA21200）和监控计算机上的网络SA85接口板。ModbusPlus通信设备网络节点地址是由首地址(Headslot)和节点地址(Drop)组成。PLC主机模块首地址总是0，网络可选模块首地址是由它在主机底板所占槽位数确定。通信接口模块和SA85接口板首地址由它所在网络的PLC主机模块或网络可选模块在主机底板所占槽位数确定。节点地址是由节点设备上的DIP开关设置，同一网络内节点地址不能设置相同。节点首地址与地址均要在PLC组态软件根据以上要求设置,影射在PLC组态软件I/O位图(MAP)上,设置方法参阅“ModiconModsoft软件手册”。2.3.4大窑湾散粮PLC系统的M+网络构成92.5.2.10M+1网构成M+1网络地理分布M+1网络按大窑湾散粮工程按地理位置分布共有以下5个站：1.办公楼中心控制室PLC分站2.办公楼一层低压配电间PLC分站3.卸船计量塔二层低压配电间PLC分站4.中转塔三层低压配电间PLC分站5.装车楼控制室M+1网络节点地址M+1网络节点位图表地理位置分布网络设备名称首地址节点地址办公楼二楼中心控制室PLC分站SA85(MC1)24SA85(MC2、MC3)25SA85(MC4、MC5)26SA85(MC6、MC7)27SA85(MC8)28SA85(MC9)29SA85(MC10)210SA85(MC11)21110办公楼一楼低压配电间PLC分站140CPU4240220140CRA21200(2)21计量楼二层低压配电间140CRA2120022中转塔三层低压配电间140CRA2120023装车楼控制室SA85(MC1、MC2)212SA85(MC3)2132.5.2.11M+2网构成M+2网络地理分布M+2网络按大窑湾散粮工程按地理位置分布共有以下3个站：装车楼一层低压配电间PLC分站交汇塔二层低压配电间PLC分站装船计量楼一层低压配电间PLC分站M+2网络节点地址M+2网络节点位图表地理位置分布网络设备名称首地址节点地址装车楼一层低压配电间140CRA2120031140CRA2120032140CPU4240200交会塔二层低压配电间140CRA2120033140CRA2120034装船计量楼低压配电间PLC分站140CRA21200(1)35140CRA21200(1)36140CRA21200(2)37140CRA21200(3)38112.5.2.12M+3网构成M+3网络地理分布M+3网络按大窑湾散粮工程按地理位置分布共有以下2个站：续建配电间PLC分站地沟低压配电间PLC分站M+3网络节点地址M+3网络