增加桥式起重机PLC地面无线监控功能

增加桥式起重机 PLC地面无线监控功能

周权

沃尔沃汽车（中国）投资有限公司台州分公司 浙江省台州市，邮编 318000

摘要：很多工厂企业桥式起重机控制PLC，不带PLC地面无线监控功能，不便于维修人员监控PLC程序，且人员携带维修笔记本电脑至离地面13米高的桥式起重机，监控PLC控制程序，存在设备和人身安全风险，同时影响起重机故障维修的故障诊断效率，本文通过通讯转换技术，将PLC通讯转换为以太网无线信号，从而实现桥式起重机PLC的地面无线监控功能。

关键词：无线监控 MPI 通讯转换模块 无线路由器

本文所述起重机为德马格50/25T桥式起重机，其功能用于冲压模具的吊运和安装。冲压模具有上模和下模组成，上、下模之间放入钢板，压力机滑块运动带动上模与固定在工作台上平面的下模冲压出所需的车身零件。桥式起重机通过挂在主钩上的吊绳或钢丝绳将模具吊起转运。桥式起重机包括横梁、大车运行、小车运行、主钩升降、副钩升降等机构。

横梁通过大车车轮安装至大车轨道上，大车轨道安装在厂房立柱的钢结构上，横梁上方安装有小车运行机构，起重机横梁是起重机的承载结构，每两年质量监督局，会对其进行年检，对其对角线，大梁旁弯，轨道直线度，拱度，两根轨道的水平高差等进行测量，确保起重机的安全使用。大车运行通过变频器对电机控制，电机输出轴连接减速箱和制动器，实现桥式起重机的大车运行与停止，制动器采用的是液压推杆制动器，通过闸瓦对其制动，利用液压推杆打开抱闸。小车运行机构安装在起重机的横梁上，由小车和小车运行轨道组成，小车上安装有主、副钩卷扬、小车电机、减速箱和制动器等，小车电机采用变频器控制，电机输出至减速箱和制动器，制动器使用的是液压推杆制动器，实现小车的运行和停止。主钩升降机构由起升电机、减速箱、制动器、卷扬、限位、钢丝绳、主钩等组成。主钩起升电机由变频器进行控制，减速箱输出连接至卷扬，卷扬上安装起升钢丝绳，主钩为动滑轮组安装在钢丝绳上，制动器为液压推杆制动器，限位包括上下限位和重锤限位，上下限位通过凸轮控制开关实现，主钩机构承载的最大吨位为50吨。副钩运行机构由起升电机、减速箱、卷扬、制动器、限位、钢丝绳、副钩等组成。副钩起升电机由变频器进行控制，减速箱输出连接至卷扬，卷扬上安装起升钢丝绳，副钩为动滑轮组安装在钢丝绳上，制动器为液压推杆式制动器，限位包括上下限位和重锤限位，上下限位通过凸轮控制开关实现，副钩机构承载的最大吨位为25吨。

桥式起重机电气控制系统采用的是西门子S7-300PLC, S7-300 PLC为模块式PLC, 模块式PLC包括机架和扩展机架，以及通过Profibus或Profinet通讯外接分站，机架上可安装电源模块、扩展模块和输入输出模块等。各电机的控制采用的是施耐德变频器控制，变频器的功能是将三相交流电进行整流，再将直流电逆变为频率可调的交流电，对其电机的转速等进行控制，变频器的选择与配置需要考虑起重的运行特点，如起重机应具有大的启动转矩；变频器输出转矩与制动转矩平滑切换，避免溜钩；起升机构向下运行时，电动机处于再生发电状态，选择合适的制动电阻等。起重机的操作采用的是遥控器控制。本起重机设备使用的是S7-300PLC，其CPU为2DP类型，通过Profibus 进行通讯，通过Profibus与变频器和编码器等进行通讯，各电机控制采用的是施耐德变频器，变频器与PLC的通讯，采用控制字和状态字功能，在PLC硬件组态里，对变频器进行组态，设置输入输出地址，控制字功能PLC对变频器发送数据，状态字功能PLC读取变频器数据，实现PLC与变频器之间的数据交换。起重机的操作采用的是遥控器控制，遥控器包含两个部分，一个是在地面操作的发射端，一个是安装在起重机横梁上的接收器，接收器内部有继电器，可以将发射器发射过来的信号，通过继电器输出，对起重机电气系统提供输入信号，实现所需的操作功能。

目前行车出现故障后，排查故障需要监控PLC程序时，人员需要携带维修笔记本电脑，通过楼梯和直梯，到离地面13米高的横梁电柜处去监控PLC运行条件和状态，存在人员、设备坠落风险。为了避免人员、设备坠落风险，对现有设备进行优化，实现在地面利用无线通讯对PLC进行远程监控。查看了本设备使用的PLC CPU为2DP，不带以太网接口，现有设备无法实现以太网无线通讯。

后查阅相关资料，对通讯接口信号转换为以太网信号，经查找TukBest品牌的通讯转换模块能够满足功能，该模块有X1、X2、X3、X4四个接口和面板显示组成，X1接口为S7总线接口，直接插入PLC编程接口安装，从编程接口取得电源，波特率自适应，支持带电操作，支持S7总线多主站通讯。X2接口为扩展S7总线接口。X3接口为以太网通讯接口，标准RJ45通讯接口，带Link 和 Active 指示灯。X4接口为外部DC 24V电源接口，可选的外部DC24V电源输入，如果直接接到PLC编程接口，则不需要外接电源。面板显示包含两个指示灯，红色指示灯表示电源指示，绿色指示灯表示总线指示。通过该模块将信号转换为以太网信号后，将以太网信号连接到无线路由器上，将其以太网信号转换为无线信号，设备程序监控电脑，连接至无线网络，将西门子system manage 通讯设置和电脑通讯设置，即可实现无线网远程监控PLC功能。

在实训室对其通讯转换模块进行调试，该模块需要在安装西门子PLC system manager软件的电脑上安装驱动程序后才可以使用，首先对其驱动程序安装，驱动程序安装完成后，将该模块安装至实训室的S7-300 CPU的编程接口上，此时模块电源指示灯显示，无需提供外接DC24V电源，用网线连接该模块的以太网接口，另一端连接维修电脑的网线接口，对电脑的网络连接设置，打开网络适配器，选择IP4，选择属性将其IP地址改为与PLC IP地址网段一致，对西门子system manager 软件的通讯进行设置，选择Option选项，选择Set PG/PC interface ，interface parameter assignment 选择NetS7PD.MPI.1 ，试机验证可以实现PLC连线监控功能。将其改为以太网无线信号，通过无线路由器实现其无线功能。将连接通讯转换模块的以太网线连接至无线路由器的Lan接口，将无线路由器接入电源，登录tplink路由器设置界面，对路由器无线网名称和密码设置，对网络通讯进行设置。用维修电脑连接无线网，对维修电脑无线网络连接设置，将其IP地址修改与PLC IP地址为同一网段，试机可以实现无线网PLC监控功能。对其通讯转换模块和无线路由器进行现场安装，将通讯转换模块接至现场的CPU模块编程接口，将无线路由器安装固定至电柜的上表面，无线路由器电源线和网线通过电柜的线路锁紧装置接入电柜内，分别接入220V交流电源，和通讯转换模块的X3以太网通讯接口，试机可以实现地面远程无线监控PLC功能，且其无线信号强度较好，使用过程流畅。

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地面远程无线监控PLC功能，有效避免了起重机故障时，人员携带维修电脑通过楼梯和直梯至离地面13米高的电柜处监控PLC程序的人员和设备坠落风险。同时提高了设备维修人员处理起重机故障的维修效率，维修人员可以在地面快速的对起重机出现的故障进行诊断，大大降低了设备故障的诊断时间。