GE 9030 PLC在電廠斗輪機升級改造過程中的應用

1 引言
用于燃料輸送的輸煤斗輪機，是在上安電廠一期工程時由美國GE公司安裝的，采用的型號為GE S6系列，自安裝運行以來運行狀況良好，基本可以滿足電廠輸煤要求。可是隨著產品的更新換代以及電廠自動化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比較繁瑣，DOS人機交互界面使得技術人員在維護時感到非常得不方便，原有的梯形圖邏輯存在卻缺陷導致斗輪機行走振顫，甚至停機警報,設備出現老化現象，特別是S6系列PLC在九十年代中期已經停產，一旦現有的PLC故障需要更換，則很難找到備用的模件，給電廠生產正常運行帶來很大的不便。因此迫切需要對原有的S6系列PLC進行升級改造。

2 斗輪機系統功能分析
斗輪機的作用主要分為兩大部分，一是把煤通過傳送帶在指定地點煤集中堆放;二是根據需要把堆放好的煤通過傳送帶傳輸到中轉站。斗輪機的功能分為懸臂旋轉、懸臂升降、大車行走、斗輪旋轉、夾軌器、擋板、拖車皮帶、就地控制、遠程控制、自動等十四部分。其中大車行走驅動電機使斗輪機運動至煤堆附近，接著懸臂進行旋轉或者升降將斗輪運行到適合取煤的位置，斗輪開始轉動取煤，通過皮帶運送走，或者通過拖車皮帶將需要堆放的煤集中存放到指定地點。

3 改造方案設計
改造包含E1盤配電室和E2盤遠程控制駕駛室兩部分。E1盤配電室內配有兩層機架，第一層為安裝有CPU的I/O機架，另一層為隸屬于第一層機架的I/O擴展機架。兩層機架之間通過擴展電纜進行連接和通訊，現場的各類開關量信號，報警接電信號，PLC輸出到現場電機的起停信號均通過端子排與PLC I/O模塊相連;E2盤遠程駕駛員室內配有一層機架，該層為隸屬于配電室第一層機架的遠程擴展I/O機架，與主機架之間通過遠程通訊電纜進行通訊。駕駛室內的監控硬件為發光二極管組成的光子排，通過端子排以簡單明了的指示駕駛員各種操作狀態以及報警信號。
3.1 硬件改造
(1) PLC選型
PLC采用GE公司的9030系列，參照原有PLC配置，共有輸入300余點，輸出400余點，故選用11個32位的輸入模件IC693MDL655，6個32位的輸出模件 IC693MDL753，輸入與輸出模件均使用一對24針D形連接器(分為AB、CD兩組)及電纜IC693CBK001進行數據傳輸;電源模件選用IC693PWR322，可滿足所有輸出和輸入模件的需求;同時PLC的微處理器選用高性能的CPU363，系統運行速度高，可達0.5ms/K指令。能快速執行梯形圖邏輯，并實時刷新計算輸出，并可在線監視執行狀態。完全可以滿足實時控制的要求。具體的輸入和輸出模件位置分配為:E1盤主機架6個輸入模件，擴展機架1個輸入模件，3個輸出模件;E2盤4個輸入模件，3個輸出模件。PLC硬件配置圖(主機架)參見圖1。

圖1 PLC硬件配置圖(主機架)

(2) 電源改造
原有的110V直流電源全部更換作24V直流電源;PLC的輸入模件與輸出模件電源接線均采用負邏輯方式，具體方法可參考圖2，并將輸入模件和輸出模件的24針D形連接器數據傳輸電纜剖開，按照圖2和圖3所標明的接線方式求將不同顏色的數據線分為AB組和CD組，分別打印出線標志，以保證連接到端子排上的位置準確無誤。

圖2 輸入模件負邏輯接線圖

圖3 輸出模件負邏輯接線圖

(3) 接線線路改造
原有的PLC全部拆除,端子排全部更換，E1盤和E2盤的輸入模件以及E2盤的輸出模件對應端子排上的外部信號接線位置均保持不變，E1盤的輸出模件直接驅動繼電器上控制外部回路，對應的端子排上的外部控制信號線均保持不變;不同顏色信號線分為AB組和CD組，參考圖2和圖3，分別打印出線標志。按照接線圖將連接到對應的位置，重新鋪設駕駛室連接至配電室之間的通訊電纜，并在電纜外部套上絕緣皮管，以保證信號不受干擾。
3.2 軟件改造
(1) 地址配置
參照原有的PLC地址配置，得知斗輪機的輸入共有大約300點，輸出大約400點，原來的地址分配比較混亂，所以根據實際情況重新配置輸入和輸出模件的地址，將所有的輸入和輸出點按照斗輪機的十四個功能區分開，然后再統一分配地址。注意到S6中的輸出地址符號為%O，9030中為%Q;9030的定時器功能與S6的定時器功能完全不同，即S6定時器的地址是可以任意選擇的，每個定時器只占一個地址位;相比之下9030定時器的地址就只能被限定在一個規定好的區域內，而且一個定時器就要占連續的三個地址位，這是GE 9030 PLC本身特性所決定的，故對梯形圖中所有的定時器地址進行重新分配，范圍%R1127~%R1334。

(2) 模塊化邏輯開發
參考原有的S6 PLC DOS環境下開發的梯形圖邏輯，在Windows & Cimplicity ME開發環境下重新編寫適用于9030 PLC的梯形圖,保證原有的邏輯功能不變;基于模塊化思想，按照斗輪機的十四個功能部分對程序分塊，即主程序只包含十四個被調用的子程序塊(見圖4)，各個程序塊只包含對應于某一功能的梯形圖邏輯(參考圖5),并在現場技術人員的幫助下，完善了所有梯形圖的注釋，增強了程序的可讀性，方便后期維護。

圖4 模塊化主程序

圖5 帶有注釋的子程序梯形圖(部分)

(3) 梯形圖邏輯優化
注意到原有梯形圖中一些特殊指令在9030的開發環境中已經不存在了，所以在9030的開發環境中找到可以代替這些特殊指令的命令以保證移植后的邏輯功能原功能一致。刪除掉一部分已經不再使用的自動控制的邏輯，并修改了懸臂啟動延時定時器的延時參數，使得控制效果更為合理。根據現場操作人員的意見，并改正了一部分錯誤的注釋。

4 改造創新
本文作者創新點是在對原有的梯形圖邏輯移植的基礎上，采用了高級程序語言中的模塊化編程方法，將斗輪機的十四個不同的功能部分看作是十四個不同的對象，分別編寫相應的梯形圖邏輯子程序，然后再主程序中直接調用這些子程序，形成完整的梯形圖邏輯控制斗輪機正常運行。模塊化后的梯形圖邏輯結構清晰，具有很好的可讀性，易于后期的維護。各模塊之間相對獨立、功能單一，避免了重復勞動，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可應用到同類型的控制中，獲得了較高的程序質量。

5 結束語
整體的改造工作是成功的，系統調試期間運行狀況良好，不但斗輪機的基本功能得到了實現，而且修改了原有邏輯中的不合理的地方，消除了斗輪機的行走震動的問題，并修改了斗輪機的斗輪的啟動延時時間，使得功能更為合理，最終順利驗收完畢。
不過在工作期間也出現了一些意想不到的問題，由于輸出模件選用的是IC693MDL753，該模件的電源接線方式只有負邏輯著一種方式，而原來的發光二極管光子排的正常工作存在正負極性，改造后的由于模件的電源方式改變，導致了由輸出模件驅動的發光二極管不能正常工作，與現場工作人員討論之后，決定將光子排上的所有發光二極管正負極顛倒一下，這樣就可以在不影響工作的情況下保證系統狀態的的正常顯示。
另外一個問題是在梯形圖邏輯調試期間發現Cimplicity ME開發環境報告E1盤主機架電源不足，后經查閱相關資料發現，選擇的電源只能向不多于4個同類型的輸入或者輸出模件供電，一旦超出這個限制，就會產生電源不足報警，導致模件不能正常工作，所以將原來配置好的主機架上的6個輸入模件的后2個移至擴展機架上，主機架上4個輸入模件，擴展機架上3個輸入模件，3個輸出模件，滿足了電源要求從而正常運行。
實踐表明改造后的斗輪機抗干擾能力強，可靠性大大提高，降低了電氣維修人員的工作量，極大地提高了生產率和整體輸煤系統的自動化水平。