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1 引言

新加坡船廠用MD600D高架門機主要用于港口碼頭船塢物品裝卸、修造船廠金屬結構件吊裝等工作；也可用于這些場所設備安裝工程及組裝場地的吊運工作，因而屬船廠重要設備，由于門機已使用十多年了，電氣故障率比較高，因而需對其電氣控制系統進行全面改造。

本次改造電控系統采用目前國際上先進的“觸摸屏+PLC+變頻調速”控制方案，其中整個系統采用西門子新型PLCS7-1500控制，通過運用PLC內部的虛擬觸點來實現整機的時序邏輯控制。這大大簡化了電控系統中的硬件線路，減少電氣系統的硬件故障，提高了整個系統運行的可靠性和穩定性。同時還采用了目前電控系統中先進的觸摸屏監控技術，使整機具有良好的人機對話和高品質的信息處理功能。

2 電氣控制系統

MD600D高架門機的電氣系統主要包括供電系統、起升系統、變幅系統、回轉系統、大車運行系統、門機操作系統等。

2.1 供電系統

外電源為三相四線AC415V，50HZ引入，電源點在軌道一端終點，起重機電纜卷筒側。經電纜卷筒WR引入機臺下部中心導電裝置XR，再接到機房內供電柜，門機的控制部分電源為AC220V。總電源設有隔離刀開關Q0，能切斷本機的所有電源，為安全檢修提供了一個明顯的斷開點，并設有斷路器QF0，只作短路保護。一般情況下QF0不動作，通過總接觸器KM0來合上或斷開總電源。QF0中附有分勵脫扣線圈，由電源大車柜和司機室聯動臺上的急停按鈕來控制，只有在總接觸器因某種原因無法正常切斷電源回路的緊急情況下，才偶然使用一下分勵脫扣裝置。

2.2 起升系統

起升機構變頻電機為YZPBF355L2-10，額定功率為132KW，采用安川變頻器CIMR-G7A4160傳動，閉環控制。

速度指標：

1.53~15.3m/min

調速方式：

由聯動臺主令開關5S1擋位來決定速度。上升、下降各為五擋，分別為10%，30%，50%，70%，100%的額定速度。系統采用主令開關輸入到PLC的數字量輸入模塊，經軟件處理后，輸出開關量信號給變頻器，從而輸出相應的速度，其速度擋可在變頻器內部任意設定，以滿足調速要求。

2.3 變幅系統

變幅機構由一臺YZP288M-10，45KW變頻電機驅動，采用安川變頻器CIMR-G7A4075傳動，閉環控制。

速度指標：

吊重水平移動平均速度：0.96~9.6m/min

調速方式：

由聯動臺主令開關5S2擋位來決定速度。增減幅各五擋，分別為10%，30%，50%，70%，100%額定速度。系統采用主令開關輸入到PLC的數字量輸入模塊，經軟件處理后，輸出開關量信號給變頻器，從而輸出相應的速度，其速度擋可在變頻器內部任意設定，以滿足調速要求。每擋速度之間加減速過程非常平穩，無沖擊。

2.4 回轉系統

回轉機構載荷為典型的位移負載。本電氣系統采用安川變頻調速方式來完成調速任務。變頻電機為YZP225M-6，額定功率為30KW，回轉機構由一套變頻調速裝置傳動，開環控制。驅動裝置采用安川全數字式變頻調速裝置CIMRG7A4037，調速范圍為1：10，控制精度為0.5%。

速度指標：

回轉速度：0.068~0.68r/min

回轉角度：全回轉

調速方式：

由聯動臺主令開關5S3擋位來決定速度。左右轉各五擋，分別為10%，30%，50%，70%，100%額定速度（有擋位無級調速）。系統采用主令開關輸入到PLC的數字量輸入模塊，經軟件處理后，輸出開關量信號給變頻器，從而輸出相應的速度，其速度擋可在變頻器內部任意設定，以滿足調速要求。

2.5 大車運行系統

大車運行機構載荷為典型的位移負載。本電氣系統采用變頻調速方式來完成調速任務。變頻電機為YZP160M2-4，額定功率為11KW，4臺。大車機構四臺電機4M1～4M4由一套變頻調速裝置傳動，開環控制。驅動裝置采用四象限運行的安川全數字式變頻調速裝置CIMR-G7A4055，調速范圍為1：10，控制精度為0.5%。

速度指標：

速度：2～20m/min

調速方式：

由聯動臺主令開關5S4擋位來決定速度。左右轉各五擋，分別為10%，30%，50%，70%，100%額定速度（有擋位無級調速）。系統采用主令開關輸入到PLC的數字量輸入模塊，經軟件處理后，輸出開關量信號給變頻器，從而輸出相應的速度，其速度擋可在變頻器內部任意設定，以滿足調速要求

2.6 門機操作系統

本機駕駛室裝有一套主令操作臺，該操作臺為聯動操作臺，駕駛員左邊操作臺手柄控制變幅和回轉，右邊操作臺手柄控制起升和行走，現具體說明如下：

①右操作手柄控制起升和行走，兩個動作可分別操作也可聯動操作。右操作臺面板有電動夾軌器啟動和停止按鈕、松閘指示、電控系統總接觸器合指示燈、起升和大車運行機構運行及故障指示等。

②左操作手柄控制變幅和回轉，左操作臺面板前部是力矩限制器，側面是觸摸屏。面板上還裝有故障報警指示、回轉手閘指示、回轉制動按鈕、系統急停等，整個系統采用西門子新型PLCS7-1500控制，具體見圖1所示。

圖1 MD600D高架門機電氣控制圖

3 PLC系統

3.1西門子新型S7-1500PLC

西門子公司提供了適合多種自動化需求的PLC產品。新一代的SIMATICPLC控制器包括基礎系列、高級系列、分布式系列和軟控制器系列，產品種類多、集成度高。SIMATICS7-1500控制器是SIMATICPLC產品家族的旗艦產品。它專門為中高端工廠自動化控制任務量身定制，適合較復雜的應用。目前SIMATIC S7-1500產品家族的CPU種類非常齊全，有6款標準型CPU，兩款分布式PLC以及兩款緊湊型CPU。本次高架門機改造采用的為標準型CPU 6ES7511-1KA01-0AB0，框架內模塊離散I/O可達1024點。

3.2PLC硬件系統

如圖1所示，整個PLC控制系統分兩大部分：第一部分為PLC控制系統，主要由1塊CPU模塊6ES7511-1AK01-0AB0、2塊32位數字量輸入模塊6ES7521-1BL00-0AB0、1塊16位數字量輸入模塊6ES7521-1BH00-0AB0、2塊32位數字量輸出模塊6ES7522-1BL00-0AB0和1塊4通道模擬量輸入模塊6ES7534-7QE00-0AB0組成，以實現整機各機構的調速控制。同時各機構的運行狀態及故障狀態通過開關量輸入及時反饋至PLC系統，由PLC系統傳到司機室觸摸屏人機界面上顯示。其中CPU為西門子新系列產品，需在TIA博途軟件環境下編程。數字量輸入模塊主要用來接收風速儀和力矩限制器的開關量信號以及聯動臺的操作命令信號;數字量輸出模塊主要輸出報警和聯動臺指示信號，以便司機及時地掌握整機各機構的工作狀態及故障信息，正確無誤地安全操作。所有信號經PLC又可傳遞給司機室觸摸屏，以便司機隨時掌握整機的工作狀態，也為維修人員捕捉故障信息打下基礎。

3.3 軟件開發

3.3.1TIA博途軟件

由于本系統CPU采用了西門子最新產品S7-1500系列，因而該門機PLC需在TIA博途軟件環境下編程。西門子TIA博途軟件將全部自動化組態設計工具完美地整合在一個開發環境之中。它包括TIA博途STEP7、WinCC、Startdrive和SCOUT。其中TIA博途STEP7是用于組態SIMATICS7-1200、S7-1500、S7-300/400和WinAC控制器系列的工程組態軟件，并可在PC機上使用SIMATICS7-1500仿真器，實現在設計辦公室中對程序的測試，完成起動階段的準備工作。在使用S7-1500CPU之前，需要創建一個項目并添加S7-1500PLC站點，其中主要包括系統的硬件配置信息和控制設備的用戶程序，具體見圖2所示。

圖2 MD600D高架門機硬件配置圖

圖3 MD600D高架門機軟件開發圖

3.3.2PLC程序設計：

選用西門子公司的新型系列PLCS7-1500，系統送電后，首先檢查系統是否準備好（如安全裝置有無動作、操作手柄是否在零位等），然后由司機發出操作命令，PLC接收命令信號后，由PLC程序完成整個工藝控制過程，并輸出相應信號，通過安川公司變頻器CIMR完成各機構的調速運行。具體流程如圖4所示。

圖4 流程圖

4 結束語

根據門機各機構操作原理編制的程序，經試驗可以發現：線路簡單，PLC系統調試方便，運行穩定、可靠，并具有數據記憶功能，人機界面的加入又使整機電控系統的智能化程度提高。這些已被成功運用于新加坡MD600D高架門機的成功案例（見圖5），這將為國內高架門機電控系統的改造起到拋磚引玉的作用。

圖5 新加坡MD600D門機