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10远程通讯在门式起重机上的应用V16
赛远工业远程通讯系统在32T门式起重机
安全监控系统上的应用
深圳市泽均重工有限公司郑卜志蔡毅华何修宇
摘要:
应用PLC工业远程安全通讯技术,基于工业现场总线技术、Internet网络传输技术和密匙安全通讯技术,通过工业远程安全通讯模块,将分布各个现场的各式起重机电控系统,连接为统一的起重机运行保障中心系统,以实时连续采集数据系统为枢纽,逐步实现对起重设备的系统化、现代化管理,全力确保起重设备电控系统乃至于整体系统的安全运行。
本文通过对32T门式起重机那全监控系统的发展现状、前景和需求分析,介绍基于工业远程安全通讯建立的起重机运行保障中心。
关键词:
起重机运行保障PLC远程通讯工业通讯
Abstract:
ApplicationofPLCindustrialremotesecuritycommunicationtechnology,industrialfieldbustechnology,Internetnetworktransmissiontechnologyandkeycommunicationtechnologybasedonsecurity,throughtheindustrialremotesecuritycommunicationmodule,allkindsofcraneelectricalcontrolsystemwillbeconnectedintothedistributionofeachsite,unifiedcraneoperationsecuritycentersystem,thereal-timecontinuousdataacquisitionsystemforthehub,tograduallyrealizesystem,themodernizedmanagementofliftingequipment,toensurethatthecranecontrolsystemaswellasthesafeoperationofthewholesystem.Basedonthe32Tportalcranethewholemonitoringsystemdevelopmentpresentsituation,prospectandthedemandanalysis,thecraneoperationandmaintenancecenterofindustrialremotesecuritycommunicationbasedon.
一、引言
近年来,起重机的远程监控技术发展迅速。
通过工业网络通讯技术,本地和远程同时采集起重机的各种电控系统的信号或信息,实现起重机电控系统的全面计算机图形化监控、故障监控和跟踪,对起重机的运行状态、工作内容的监控和工作量的统计,有效提高生产管理水平。
通过远程服务和远程监控手段,可以实现快速服务响应,极大提高设备故障排除时间,保障设备的快速恢复正常运行,减少停产损失。
起重机控制系统包含了上位机、可编程控制器(PLC)、工程型变频器等,在发生故障的时候,核心的不仅仅是设备上的PLC,诊断需要综合性地进行,包括上位机、PLC、工程型变频器等,而这些系统所采用的上位机工具软件都是不同的,带上对应的软硬件工具到现场,是可以进行诊断,但发生故障时,本地不能解决,如果要等设备厂家远方的维护工程师到现场,时间越久,将可能带来设备生产安全和人身安全事故的可能性越大,所以进行远程实时诊断和维护的需求性特别紧迫。
而远程诊断,要求和到现场的工程师所能做的一样,如实现PLC程序在线,变频器参数显示和控制,上位机的实时组态监控和在线诊断。
图1MG32t门式起重机
通过对控制系统数据实时采集进行分析处理,判断系统运行情况,记录系统实时数据。
当系统根据采集数据分析判断设备故障时,控制器自动运行保护程序,发出声光报警信号并生成报表,并通过远程安全通讯系统传输至远方中控系统。
当技术人员排除现场设备故障后,控制器根据操作人员操作信号,自动恢复系统运行。
目前先进的控制系统可以根据系统故障级别和分类,将故障信息分类发送到各个部门。
远程安全通讯系统,针对现场的设备,实现工程师在远程运行保障中心即可实现到现场的程序实时在线诊断、实时观察现场动作的需求。
二、起重机的安全监控系统
2.1系统概述
电控系统的目的是对MG32t门式起重机进行监控,对其开关、接触器信号及三相电压、电流信号实时反馈并记录下来。
通过与赛远远程通讯系统结合,将数据实时传输到上位机,由上位机组态监控该门机的各运行状态,可记录并查看各数据记录信息,以提高起重设备的工作效率及安全可靠性。
2.2系统拓扑图
由于原先控制系统采用继电器回路,主起升采用QJ6S间接式自励制动调速方式,要了解各机构的运行状态,原控制系统已自成一体,考虑到该PLC参与控制会对系统进行全面更新,动作较大。
因此决定另外配置PLC控制器采集信息,但不参与原系统的控制。
本系统硬件组成为远程通讯控制箱、工业远程通讯模块、上位机。
图2远程安全监控系统拓扑图
2.3起重机安全监控系统组成说明
起重机安全监控系统由电气控制系统与远程安全通讯系统组成,包括远程通讯控制箱ZKX1以及服务器监控箱ZKX2。
2.3.1远程通讯控制箱ZKX1
远程通讯控制箱ZKX1安装于起重设备终端。
本控制箱主要部件组成为西门子S7-200控制器、串口转以太网模块、3G远程通讯模块、远程安全通讯模块,中国电信3G资费卡及直流电源组成。
配置清单:
内容
品牌/型号
数量
PLC控制器
西门子S7-224XP
1
PPI转以太网模块
SY-NC4
1
远程安全通讯模块(客户端)
SY-RSCM302
1
工业3G无线通讯模块
SY-3G
1
3G资费卡
中国电信(CDMA-2000)
1
开关电源
24V直流DR-120-24
1
控制箱
ZKX1
1
表1现场远程通讯配置
所采用产品简介:
S7-200控制器:
主要用于采集各开关、接触器及模拟量信号,需要监控什么信号则采集什么信号。
串口转以太网模块SY-NC4:
该模块是西门子S7-200PLC本机PPI通讯接口转换器,具有安装简单,性能稳定,使用方便,功耗极低之特点,可直接从PPI串口取电,无需额外供电。
它将PPI协议转换为TCP/IP协议,可与计算机的各种上位组态软件连接,如WinCC、Intouch、组态王等,也可以通过西门子编程软件Step7MicrowinV4.0对西门子S7-200PLC进行编程,并自动检测和适应波特率。
与西门子以太网通讯处理器CP243-1功能相同,是一款具有高性价比的产品。
相对于CP243-1以太网模块来说,IP地址是固定在该模块上,所以和S7-200配合使用时,不需担心因为忘记配置以太网模块而连接不上。
远程安全通讯模块SY-RSCM302:
是一款赛远自主研发的工业等级的远程安全通讯模块,专用于PLC等控制系统的远程通讯,通过Internet建立专用S-Link网络,确保数据安全,支持Profinet、Ethercat、Ethernet/IP、MODBUSTCP等工业网络协议,具有集服务器和客户端于一体、安全加密、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点,是具有最新远程专利技术的通讯产品。
SY-RSCM302适用于具有各种控制系统的设备,如港机、塑机、纺机、印刷机械等,以及新能源、石化、矿山、电力、泵站等行业的远程程序级调试、数据监控和在线诊断维护。
它支持具有以太网接口的PLC、远程IO、HMI、变频器、智能仪表、称重系统、计算机、摄像头等设备的局域网互联互通;支持具有工业以太网接口的PLC,通过广域网和远端的计算机等进行远程安全数据OPC通讯、上下载程序和在线编程;支持路由功能,并具有防火墙功能,保证工业数据传输的安全性,支持DES加密、AES加密、ESP&AH加密、S-Link加密。
工业3G无线通讯模块SY-3G:
工业级3G无线通讯模块是基于3G移动网络(CDMA20001X、EVDO、WCDMA、TD)的支持工业网络协议、具有解析、网关、加密进行数据安全传输的工业通讯产品。
工业级3G无线通讯模块采用标准的以太网协议,支持S-Link虚拟专用网络协议加密。
3G无线通讯模块内置国外主流工业级无线通信模块,采用高性能的32位嵌入式处理器,用Linux嵌入式系统,特别针对无线网络不稳定,延时大等特性对系统进行优化,确保网络连接的可靠性和设备的稳定性,整套设备采用模块化设计,基于通用的基础平台,符合工业级标准。
电信3G资费卡:
3G无线通讯模块中需插入SIM卡。
电信3G资费卡为EVDO/CDMA3G中国电信无线上网资费卡,全国通用无漫游。
全国漫游,本卡月租5元送50MB流量,不用不扣钱,无最低消费。
此卡直接到账100元,是直接到账,扣5元月租包50M超出按以下标准。
月使用量50M-1G的部分:
0.08元/M;月使用量1G-5G的部分:
0.06元/M;月使用量5G-20G的部分:
0.03元/M。
2.3.2远程通讯服务器控制箱ZKX2
远程通讯服务器控制箱ZKX2放置于办公室(中控室)。
本控制箱主要组成为工业远程安全通讯模块、直流电源、PC上位机、控制箱ZKX2。
配置清单:
内容
品牌/型号
数量
远程安全通讯模块(服务器端)
SY-RSCM302
1
组态软件
组态王6.55版本
1
PC上位机
艾讯
1
开关电源
24V直流
1
控制箱
ZKX2
1
表2中控远程通讯服务器配置
2.4组态软件的功能及作用
亚控公司的最新版本的组态王KingView6.55不仅传承了早期版本功能强大、运行稳定、使用方便的特点,而且完善和扩充了曲线、报表及web发布等功能。
经过多年市场实践磨砺,组态王的功能性和易用性有了极大的提高。
目前,该产品已广泛应用于大陆的各行各业,同时在台湾、美洲、欧洲、日本和东南亚等国际市场被成功应用于市政、交通、环保、大型设备等多个领域。
亚控公司在组态王kingview6.55中文版基础上,还为用户提供组态王英文版、日文版、韩语版、繁体版等版本,方便用户国际化应用;还特别针对大客户提供OEM的客制化版本。
主要功能:
Ø丰富的设备支持库,支持1000多个厂家近4000种设备,包括主流PLC、变频器、仪表、特殊模块、板卡及电力、楼宇等协议;
Ø变量导入导出及自动创建变量功能,方便变量定义和修改,大量节省开发时间;
Ø可视化操作界面,真彩显示图形,支持渐进色,并有丰富的图库以及动画连接;
Ø强大的分布式报警、事件处理,支持分布式报警和历史数据存储;
Ø全新的WebServer架构,全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布及数据库数据的发布;
Ø灵活实用的报表功能,支持向导式报表快速建立班、日、周、月和年报表;
Ø支持工业库和关系数据库接口;
Ø支持多功能趋势曲线。
三、起重机安全监控系统应用
本安全监控系统,通过终端和中控的通讯产品不同配置,将现场和中控实时互联,实现远程安全监控。
3.1控制箱
控制箱内安装有保护元器件及直流电源,通讯模块等,主要功能为采集原控制系统里的各接触器,开关量信息,以及主动力回路三相电压,三相电流信号的采集,通过远程通讯模块将PLC中采集的信号发送到远程端的PC机上,便于实时数据信息及历史数据信息的查看。
以下为电控系统原理图:
图3主回路硬件配置图
图4PLC输入电路图一
图5PLC输入电路图二
限于篇幅,其他控制电路图略。
3.2通讯过程
本系统由S7-224XPCPU通过进行采集原电控系统中的各开关量及相应模拟信号,在远程终端笔记本电脑上显示出来。
现场增加控制箱1只,在原控制柜上增加三相电压变送器1只,单相电流变送器3只。
在原有控制柜内的每只接触器上增加辅助触头一只,用于PLC检测各机构的动作状态。
本系统通过深圳赛远远程通讯模块SY-RSCM302以及3G通讯模块,在3G通讯模块上插入3G资费卡,将采集的信息通过3G网络,发送到指定的地方。
在通讯模块的终端,采用组态王6.55版本组态软件,监控该S7-200CPU224XP控制器上的各逻辑输入及模拟输入信号。
同时,通过组态王网络功能,同一局域网的电脑通过访问该笔记本,也可以监控该设备上的S7-200控制器各信息状态。
需提供笔记本1台,笔记本配置要求如下:
1.CPU:
P4处理器、1GHz以上或相当型号
2.内存:
最少128MB,推荐256MB,使用WEB功能或2000点以上推荐512M
3.显示器:
VGA、SVGA或支持桌面操作系统的任何图形适配器。
要求最少显示256色
4.通讯:
RS-232C并行口或USB口:
用于接入组态王加密锁
5.操作系统:
Windows2000(sp4)/WindowsXP(sp2)/Win7简体中文版
6.本系统需要设置相应的IP地址如下:
客户端302IP
192.168.22.1
串口转以太网模块SY-NC4 IP
192.168.22.11
与SY-NC4直连测试时笔记本IP
192.168.22.20
组态王软件IP端口
192.168.22.11:
0
STEP7MICRO/WINSP9IP
192.168.22.11
服务器端302IP
192.168.8.1
笔记本IP
192.168.8.6
表3各系统对应IP设置
PPI转以太网模块SY-NC4是专用于西门子S7-200的串口转换模块,将SY-NC4的以太网线接头插入笔记本,其IP设置通过产品附带软件,配置为192.168.22.11,并将PPI波特率调整为187.5Kbps,以便于更加快速的实现通讯,PPI站地址默认为2。
通过网络参数设置,只需一根能上外网的网线插在服务器端SY-RSCM302的WAN口,在服务器端的302的LAN口连接一条网线连到笔记本网络接口,进入上位机组态画面,点击“VIEW”,即运行起重机CMMS远程监控系统。
上位机组态王软件可以根据用户实际需求,对一些重要的开关量和模拟量信号进行历史数据保存,可以按秒钟或分钟的格式进行储存。
当硬盘的数据储存容量小于500MB时,系统自动提示是否覆盖以前的数据,一般操作是覆盖,即将最早日期时存储的数据覆盖掉。
3.3控制器采样信息
序号
输入点
说明
备注
1
I0.0
总接触器触点
2
I0.1
总接触器中继触点
3
I0.2
大车零位中继触点
4
I0.3
大车向左接触器
5
I0.4
大车向右接触器
6
I0.5
小车零位中继触点
7
I0.6
小车前进接触器
8
I0.7
小车后退接触器
9
I1.0
副起升零位中继
10
I1.1
副起升上升接触器
11
I1.2
副起升下降接触器
12
I1.3
副起升慢速接触器
13
I1.4
副起升快速接触器
14
I1.5
4K58接触器辅助触点
15
I2.0
主起升零位条件
16
I2.1
4K8接触器辅助触点
17
I2.2
4K1接触器辅助触点
18
I2.3
4K2接触器辅助触点
19
I2.4
4K3接触器辅助触点
20
I2.5
4K7接触器辅助触点
21
I2.6
4K43接触器辅助触点
22
I2.7
4K51接触器辅助触点
23
I3.0
4K42接触器辅助触点
24
I3.1
4K52接触器辅助触点
25
I3.2
4K41接触器辅助触点
26
I3.3
4K40接触器辅助触点
27
I3.4
4K55接触器辅助触点
28
I3.5
4K54接触器辅助触点
29
I3.6
4K53接触器辅助触点
30
I3.7
4K57接触器辅助触点
31
AIW0
A相电流检测4-20ma
32
AIW2
B相电流检测4-20ma
33
AIW4
AB相电压检测4-20ma
34
AIW6
BC相电压检测4-20ma
35
AIW8
CA相电压检测4-20ma
36
AIW10
C相电流检测4-20ma
表4控制系统采集信息
注明:
1.线槽、桥架利用以前的,不需软管及软管接头。
2.控制箱KZX1现场做支架并安装。
3.控制箱KZX2在办公室3楼中控室。
3.4现场安装图
图6远程通讯控制箱ZKX1图7终端通讯控制箱ZKX2
图8PLC控制器程序监控
图93G模块,远程通讯模块工作中
3.5组态软件监控画面
图10主监控系统画面
图11主起升监控画面
图12报警及操作历史记录查询
图13变量历史趋势图
3.6PLC远程监控、在线诊断及编辑
除了通过上位机软件来监控整改起重机的运行状态外,还可以通过PLC编程软件来在线编辑、查看、修改程序,为方便现场维护带来了极大的方便性。
工程师、技术人员不需要背着电脑跑到现场去查看、诊断问题,在办公室点击鼠标即可完成程序工艺修改、故障诊断。
原来的硬件配置及设置均不做变动。
下面来描述操作方法:
1、打开STEP7-MICRO/WINV4.0SP9编程软件。
设置PG/PC接口,跳出小窗口,在选择列表中选择“TCP/IP->BroadcomNetLink(TM)GigabitEthernet”
图14上位配置接入方式
2、设置“通信”,在跳出的窗口中,将远程地址设置为:
192.168.22.11,点击右边的保存图标,保存该地址,确定后退出到“通信”设置窗口。
3、 点击窗口右侧的“点击刷新”图标,软件自动搜索在线远程PLC单元,如果通讯成功,则显示下图的状态。
否则将提示该IP地址对应远程PLC单元不存在。
图15现场的PLC通讯上后显示图
图16通讯异常时的显示画面
图17对现场的PLC进行下载操作
图18 对PLC进行上载操作
图19远程在线诊断、监视
四、结束语
本系统作为起重机安全监控的样机,还有很多地方需要继续完善,如系统硬件的整体布局的工艺,测试的数据的时间段应更长些,内容更丰富些等。
根据不同客户,不同类型的起重机,有的起重机是继电器回路控制,有的是采用PLC控制,从实际情况出发,基于现场工况的切身需求,我们认为各种起重设备都可以增加这套设备。
最简单的应用,如通过采集电机的三相运行电流,了解该电机定子三相电流运行状态,查看三相电流是否平衡来快速判断该电机是否缺相运行或电气柜至电机段电缆是否接触不良,避免人为判断失误,给维护、维修增加不必要的人力物力财力。
我们可以拟出一个表格如下,客户可以根据自身的实际情况有针对的选择即可。
表5控制系统采集信息汇总表
当然,还有如起升升降高度、小车行走距离、大车行走距离,大车纠偏状态等信号,在高要求、高精度的工况(RTG,造船门机,STS)下使用条件,则信息采集的越丰富,在这里不赘述。
参考文献
[1]崔坚.SiemensIndustrialNetworkCommunicationsGuide(Ⅱ)[M].北京:
中国机械出版社,2005(6):
87-90.
[2]深圳市赛远自动化系统有限公司,工业远程安全系统SY—RSCM手册,2010(3):
14-16.
[3]SIMATICPROFINETSystemManual,SiemensAG,2006(11):
46-48.
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- 10 远程 通讯 起重机 应用 V16