PLC在集裝箱吊具無線信號傳輸與故障診斷系統中的應用

1 吊具信號的采集
集裝箱單箱吊具中輸入信號有:4個吊具著床限位，4個已開鎖限位，4個已閉鎖限位，4個導板抬起限位，2個20'限位，2個40'限位，1個油泵壓力開關;輸出信號控制的有:4個開鎖電磁閥，4個閉鎖電磁閥，4個導板控制電磁閥，2個20'電磁閥，2個40'電磁閥，1個油泵起停控制信號。原吊具通過吊具電纜送給主控站的信號是:著床，已開鎖，已閉鎖，20'到位，40'到位;從主控站傳到吊具上的信號為:開鎖，閉鎖，20'，40'，這些信號均為綜合信號。 如果發生某電磁閥故障，操作人員只知道該回路有故障，而不了解具體是吊具的哪個角發生故障，吊具上沒有具體故障指示，維修人員到現場后還需要根據主站PLC故障信號來進一步判斷故障部位，這樣一個來回，維修時間就較長，從而生產效率會受到很大的影響。

集裝箱吊具運行的工況是非常惡劣的，其故障發生的概率占系統總故障的30%以上，為使故障判斷更加快速準確，本文提出采用在吊具電控箱內增加PLC輸入輸出和通訊模塊，并采用無線通訊的方式代替原昂貴的吊具電纜，PLC主站能夠得到吊具內的所有信息并能方便地判斷故障位置。吊具內增加的PLC與吊具內的信號關系如圖1所示。圖1中，PLC采用VERSAMAX的以太網模塊IC200EBI001，由此模塊與無線MODEM AP-1002通訊，實現與上位PLC的信號聯系，其帶有的開關量輸入采用IC200MDL640模塊，開關量輸出模塊采用IC200MDL742模塊。外圍的每個輸入輸出與該從站的輸入輸出一一對應，即共有21個開關量輸入，17個開關量輸出。一個PLC模塊MDL640有32個輸入，一個MDL742有32個輸出，滿足使用需要，除上述輸出外，還設有綜合信號指示燈:著床，已開鎖，已閉鎖，20'到位，40'到位;另10個輸出用于表示具體故障:四個開鎖故障，四個閉鎖故障，1個20'故障，1個40'故障。
2 PLC硬件組態
PLC主站采用GE9030系列PLC，CPU為帶有以太網口的CPU364，在該CPU的硬件組態中，選擇通訊模式為EGD，即以太網全局數據結構定義，在Ethernet Globe Date設置對話框內，“produced exchanged”中的“IP Address”設置為吊具以太網模塊的IP地址，表示該PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容將發送到吊具以太網模塊中的對應存儲器去，同樣在該PLC配置的“consumed exchange”中的“IP Address”設置為吊具以太網模塊的IP地址，表示該PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容是從吊具以太網模塊中的對應存儲器傳送來而得到。對應EBI001中的配置，也應將“produced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”設置為主站PLC的IP地址，即主站PLC發送的數據是到吊具分站的，而分站發送的數據是送給主站PLC的。為保證傳輸中兩邊定義的數據能一一對應，2個站采用同樣的存儲地址。2個通訊模塊中“produced exchanged”和“consumed exchange”中還需要各定義2個寄存器用于存放通訊狀態，需要時，PLC可讀取該狀態字了解PLC的CPU364與VERSAMAX通訊模塊EBI001之間的通訊故障原因。配置好后，在分站中輸入信號變化，在主站中立即可以看到，同樣，主站CPU運行控制吊具的輸出送到該PLC通訊的存儲區，在分站中立即可以看到輸出的變化，兩者形成一一對應的鏡像關系。

3 無線通訊的實現

通常通過吊具電纜傳遞吊具信號，該電纜為要求具備很高的柔性和韌性，電纜內芯數有限，如果上述吊具所有輸入輸出也通過該吊具電纜，則會因信號線太多而無法實現。隨著現代通訊技術的發展，無線工業以太網已在工業控制網中逐漸被接受，要求的可靠性和穩定性已得到滿足，而且其通訊速度也達到十兆以上。本方案中采取無限工業以太網絡通訊的方式來實現信號傳遞，采用點對點聯系方式，中間不需要服務器，選用的產品為RFNET公司的AP-1002型號，網絡結構如圖2所示。無線網絡僅采用網橋實現主從站的聯系，即簡單的點對點方式。其性能簡述如附表。

在使用無線通訊模塊前，要對該模塊進行設置，先用PC機與該模塊相聯，設定PC機的IP地址前3位與該模塊地址的一致，直接用Internet Explorer 可進入模塊的設定網頁，將模塊的IP地址改成所需要的地址并確定后退出，將PC機的IP地址也改成所需要的地址，再用Internet Explorer 進入模塊的新地址，并將要與模塊相聯的PLC地址輸入到“Host IP”中，兩個模塊均設好后，在該兩個無線模塊之間即建立的網橋通訊，即主站與從站的聯系就像用網線連通一樣。
4 吊具的PLC程序故障診斷
吊具信號輸入采集后，PLC根據其輸出信號與相應輸入信號比較，可以診斷出具體故障部位，以旋鎖控制閉合鎖為例，其程序如圖3所示，圖3中LKLS1、2、3、4分別表示旋鎖閉合限位，LKLS表示吊具旋鎖已全鎖;同樣，UNLKLS表示旋鎖已全開，BEDLS表示四個角已全部著床。從程序中可以看出在旋鎖回路正常情況下，即命令LKCO與實際狀態LKLS一致，LKF表示吊具閉鎖故障為0，即此時無閉鎖故障;如控制吊具閉鎖LKCO=1，而在延時時間Ton0的設定時間到后，LKLS=0仍然為未全鎖，則LKF=1并自保，需要正常恢復后按復位信號RST，而LKF=1表示該閉鎖回路有故障，但具體是哪個角出現問題，程序中安排指令LKCO與每一個限位信號比較，如LKCO與LKLS1不一致且延時超過設定，則自動產生LKF1故障信號，表示在吊具角1出現了吊具旋鎖故障。依次類推，可以得到各角處的開鎖故障、閉鎖故障、著床信號等判斷與顯示。其中顯示可以在司機室觸媒屏上看到，在吊具上同樣安排有具體指示，這樣方便維修人員。而主程序內容增加不多，但效果良好。
5 結束語
采用無線通訊的方式控制吊具及實現吊具具體故障的判斷顯示是一個新的嘗試，實際試驗效果良好，原來擔心的無線通訊問題并沒有出現，在吊具惡劣工況下，吊具上的PLC和通訊模塊工作正常，因通訊速度達10MHz，而數據量有限，所以控制是實時的，增加的系統穩定性和可靠性在集裝箱裝卸橋實際生產中得到驗證。該方案可以進一步推廣到場地龍門吊及其他相關場所使用，是一個方便容易實現而又適合現場的系統。