天车电气集中管理系统

天车电气集中管理系统

潘良昱

大连华锐重工焦炉车辆设备有限公司 辽宁大连 116000

摘要：随着时代的发展我们对机械设备的维护管理提出了更高的要求，随之工业自动化行业的发展也更科学、更智能。目前工厂企业中很多老旧设备面临着技术升级。天车及龙门吊在工业生产中起着重要的角色，利用先进的自动化技术将设备升级为可视化人机对话管理系统，技术人员无需攀爬高大的设备只需在远程集控室人机界面（以下简称HMI）直接看到设备状态警告及故障信息，从而更快的分析和排除设备故障，缩短了故障判断时间以及设备停产时间。

鉴于此，本文以天车龙门吊控制系统为对象介绍了多台龙门吊设备电气集中管理系统的原理。基于PLC通过以太网与HMI等组合构成整个管理系统，具体的分析系统的组成和结构以及编程，逐步阐明集中管理系统在现代工业中的可广泛应用。

关键词：龙门吊；集中管理系统；PLC ；HMI

前言

天车龙门吊电气集中管理系统的设计其实质是将工业无线路由设置在PLC的网络中，由中控室PLC向各天车发送控制命令和接收运行状态数据。HMI设备通过以太网连接在中控室的PLC网络中，从而把接受到各天车的运行状态通过HMI画面进行动态展示和记录。

1.网络系统

1.1有线网络与无线网络

网络系统是天车集中管理系统的重中之重，集中管理系统是将各自单独的天车设备通过网络连接在一起，构成上层数据交互网络，所以网络的顺畅将决定中控室能否实时显示出设备的状态。因天车龙门吊属移动设备，通过电缆卷筒使用带光纤供电电缆可实现有线网络架设，也可通过多种工业无线设备实现无线网络架设。在现今工业领域中无线传输已得到了广泛应用，结合不同类型的天线及架设方式可满足多种应用场景。

1.2无线设备的选择与工作模式

无线网络搭建可使用室外工业无线交换机、工业无线路由器、工业无线网桥（AP）等。无线网络设备配置时采用无线一对多中继模式，此方式无线信号覆盖面广，在固定场地内，不管天车龙门吊带着无线路由器移动到哪里，随着无线通讯有遮挡物或距离较远的情况下（无线信号减弱），无线路由器会利用附近无线路由器进行通讯接力（中继），从而实现数据“曲线”传输。

1.3无线天线的选择与架设方式

另外无线信号的强弱与现场环境和障碍遮挡物以及天线的选择和架设方式都息息相关。所以无线通信设备的天线需使用室外高增益天线，根据现场环境条件选择使用全向天线还是定向天线。架设天线应避开障碍物，同时每根天线需安装天线防雷器，避免雷击扩大伤害范围。

2.PLC系统

2.1数据交互

中控室PLC通过无线以太网与各天车PLC与进行批量数据交互，各天车将自己的状态信号及数据发送给中控室PLC，同时各天车也可接受来自中控室PLC的控制命令。

2.2状态与诊断

中控室PLC可获得各天车的断路器及空开的分合闸（跳闸）信号、热继电器及过流继电器的保护动作信号、所有限位开关的信号，和设备仪表的供电电压、工作电流、吊物重量、场地风速，以及从站设备例如变频器的电机电流、电机频率、电机速度、编码器的位置数值等数据。利用这些信号及数据在中控室PLC中编辑诊断程序，利用诊断程序判断出天车的液压、走行、起升等各个机构及变频器和仪表传感器的当前状态。不同的状态对应不同的HMI显示效果，从而直观的判断出设备处于怎样的状态。

2.3远程控制

各天车可接受来自中控室PLC的控制命令，根据项目实际需要可在中控室PLC上增加远程控制按钮，或在中控室HMI上利用HMI自带的触摸功能或按键增加远程控制功能。

随着时代的发展企业对危险、污染等环境对作业人员的危害高度重视，远程控制已逐渐走入工业领域，例如远程控制的岸边集装箱起重机，用于码头及料场的斗轮堆取料机，用于煤化工企业的焦炉车辆设备等超大型设备均具备远程控制功能。

3.HMI系统

3.1 HMI设备

人机界面HMI设备现今已普及应用，国内外工控企业均有成熟的成品产品，例如西门子的精智面板。也可使用工业计算机（工控机）安装西门子Wincc软件来做HMI设备，例如西门子的IPC系列触摸式工控机和按键式工控机。

基于工控机的HMI设备也可安装PLC调试软件，借助集中管理系统的以太网通信网络在中控室可以监控或修改所有天车龙门吊的PLC程序，无需电气技术人员带着笔记本攀爬很高的龙门吊进行故障诊断。

3.2 HMI应用

人机界面HMI可架设在远程集控室，也可架设在设备本地，亦可远程与本地同时架设，亦可采用移动便携式HMI设备，例如西门子的KTP700移动面板。

人机界面HMI通过无线以太网与PLC连接，可直接读写PLC内部的寄存器。PLC诊断程序判断出天车的液压、走行、起升等各个机构及变频器和仪表传感器的当前状态数据可被HMI直接访问用于画面中状态显示，技术人员通过画面状态可直观看到设备的故障点及故障信息，从而直接找到故障点快速的排除设备故障。

结语

本课题主要研究天车龙门吊的集中管理系统，并为此设计出该系统来升级或改造现有龙门吊维护管理模式。此系统是根据时代发展的需求，由无线以太网的支持来实现整个系统远距离无复杂线路的连接，通过可视化编程实现人机对话功能能够直接快速的分析和判断设备故障，从而缩短人员用工和设备停产时间。

    参考文献：

1. 《STEP 7编程指南》崔坚、赵欣等编著，机械工业出版社2010
2. 《西门子S7-300/400系统和标准功能的系统软件参考手册》 

   2004.01

3. 《西门子工业网络通信指南》崔坚、李佳编著，机械工业出版社

   2004.09