第２３卷第３期 安徽冶金科技职业学院学报 Ｖｏ１．２３．Ｎｏ．３ ２０１３年７月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕ１．２０１３ 西门子Ｓ７ ２００ ＰＬＣ在汽车上的应用 钱伟中 （马钢股份有限公司自动化工程公司安徽马鞍山２４３０１１） 摘 要：主要介绍泵送汽车液压系统中电器控制部分存在的一些问题，通过用ＴＰ１７８ Ｍｉｃｒｏ触摸屏和ｓ７ ２００ ＰＬＣ进行改 造，使系统性能得到很大提高，尤其在泵送排量方面的控制性能更佳，为以后在这方面的开发提供参考和借鉴。 关键词：泵送汽车；程序流程；特殊功能 中图分类号：ＴＰ２７１ ．５文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—９９９４（２０１３）０３—００３１－０３ 混凝土液压泵输送汽车由车体、液压泵体和输 的功能为：（１）泵的正向和反向运行；（２）油缸的伸出 送管组成。某汽车生产厂生产的混凝土液压泵输 和缩回动作；（３）ｓ阀的左向和右向摆动；（４）泵排量 送汽车，其液压系统的控制部分原先由许多继电器 的增加和减小；（５）发动机的启动和停止；（６）发动机 和模拟输出的电路组成，在运行过程中经常出现继 油门的自动增加和减小；（７）发动机转速的增加和减 电器接触不良的情况，而且控制液压系统的模拟电 小等。系统的工作方式分为机旁本地控制和远程 路的元器件由于受到温度、湿度等的影响，运行中 遥控两种操作方式。机旁本地操作又分为ＨＭＩ画 很不稳定，经常出现故障，给操作人员的操作和泵 面操作和机旁操作箱按钮操作两种模式。若选择 车的运行带来很多不便，他们对该款产品的质量和 本地操作时，需将机旁操作箱上的近控和遥控开关 运行感到很不满意。因此，该汽车制造厂决定对此 打到近控状态即可，但是在ＯＰ操作面板ＨＭＩ和机 种汽车泵送部分的液压控制系统进行彻底的技术 旁操作箱上不可同时按动两个动作互为相反的设 改造，经过技术交流和工艺要求的沟通，我们承接 备动作按钮，否则可能会出现严重的后果。在操作 此项目后，决定采用先进的ＰＬＣ控制技术取代原 过程中，必须严格按照设备运行操作规程进行操 先的继电器控制，重新进行控制系统设计和系统配 作，这时的遥控器将被禁止操作。若选择遥控操作 置。根据优化设计和类比，选用ＳＩＥＭＥＮＳ公司的 时，需将机旁操作箱上的近控和遥控开关打到遥控 ｓ７—２００ ＰＬＣ系统进行控制，ＨＭＩ画面采用ＳＩＥ． 状态即可，这时的机旁操作箱上的操作按钮和ＯＰ ＭＥＮＳ公司的ＴＰ１７８ Ｍｉｃｒｏ触摸屏。 面板ＨＭＩ上的触摸按钮都被禁止操作，这样既保 １系统控制任务的描述 证了设备安全又确保了人身的安全，同时还大大减 轻了操作人员的负担。 混凝土输送泵的种类有很多，按照输送泵的工 该混凝土泵车的以上控制功能，可以做到保证 作原理来分，可以将混凝土输送泵分为两种，一种 泵送混凝土作业的连续性，确保混凝土浇注质量， 是活塞式的混凝土输送泵，而另一种则是挤压式的 作业中间隔时间不宜过长，以防止混凝土的凝结而 混凝土输送泵。这两种混凝土输送泵的发展都是 造成管道的堵塞。如果因某种原因作业间隔时间 比较早，但是在控制技术是否完善方面，则要数活 较长，就应每隔一段时间要启动一次泵或反、正转 塞式混凝土输送泵，因为这种泵的出口压力是相当 泵次数，必要时打循环泵以防堵塞。当然这种泵送 大的，同时在控制的技术上也是最完善的。 混凝土还应满足可泵性要求，必要时通过试泵确定 此泵送汽车液压泵的输送系统主要完成控制 泵送混凝土的配合比。 收稿日期：２０１３—０２一Ｏ１ ２系统功能的实现 作者简介：钱伟中（１９６３一），男，马钢自动化工程公司，工程师。 ２．１系统硬件的组成 ・３２・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２０１３年第３期 根据混凝土泵车的控制工艺要求和设备所有 的控制输人输出点数，以及汽车生产厂不许在ＰＬＣ 的输出端使用继电器的要求，我们选用的ＰＬＣ硬 件和软件设备如下： （１）ＣＰＵ：ＣＰＵ２２４（电源为ＤＣ２４Ｖ）。该ＣＰＵ 情况下的使用寿命为１００万次。 （３）编程软件：ＳＴＥＰ ７一Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ Ｖ４．０。该 软件编程灵活、方便、简单、易学，为泵车的维护提 供了方便和帮助。 （４）ＨＭＩ：ＴＰ１７８ Ｍｉｃｒｏ （５）ＨＭＩ软件：ＷＩＮＣＣ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ２００４ ａｓｉａ ｓｔａｎｄ． ａｒｄ 为１４个ＤＩ点，ｌ０个ＤＯ点。其Ｑｏ．０和ＱＯ．１的 脉冲频率最大达２０ＫＨｚ。ＤＯ均为干接点输出，带 负载能力为２Ａ。在所有ＤＯ输出同时接通时的环 （６）编程连接电缆：ＰＣ／ＰＰＩ电缆 ２．２系统结构框图（图１） ２．３系统程序流程（图２） 境温度可以承受达５５￣Ｃ，这在混凝土泵车生产过 程中是完全可以满足的。 （２）扩展板：ＥＭ２２３（ｉｎｐｕｔ为ＤＣ２４Ｖ）和 ＥＭ２２２（所有ｏｕｔｐｕｔ为ＤＣ２４Ｖ继电器输出）其输出 触点的带负载能力均为２Ａ。所有ＤＯ触点在带额 定负载情况下的使用寿命为１０万次，而在无负载 图２ ＰＬＣ系统程序流程图 ２．４系统特殊功能 程控制器控制方式。而前两种控制方式都需要有 且要有给定电位计，运 混凝土泵送车泵的控制从控制方式上分主要 模拟电路输出的模拟电压，但是随着电 包括下面几种，较常见的是液压式和机械式，这是 行中对给定无法有效平滑地连续控制，使用最多的控制方式。在控制原理方面可分为：模 子技术的不断发展和应用，采用ＰＬＣ技术来控制 混凝土泵车已成为时尚和潮流，目前大多数都将其 拟逻辑电路的控制方式；机电式电器控制式和可编 总第６１期 钱伟中：西门子ｓ７ ２００ ＰＬＣ在汽车上的应用 ・３３・ 作为主流的控制方式。 混凝土输送泵的泵送系统采用双泵双回路液 压系统，且泵送回路单独供油，具有效率高，能量能 减压点后快速减压的时间；ｔ２一排量保持最小值所 需要的时间，也就是压力减到最小值到液压缸停止 的时间；ｔ３一排量由最小值升为额定输出值所需要 的时间。 捧量（【 利用充分，易于实现远距离、大扬程高压泵送。控 制回路单独供油，摆动有力。泵送回路和控制回路 完全分开，在发生故障时也便于故障原因诊断和故 障点的查找，易于维护保养。 ３．４．１ ＰＷＭ功能及其控制特性 原系统中，泵送排量的模拟电路给定值大小由 电位器给定，电压平均值为０ Ｖ一７．６ Ｖ，输出为 ＰＷＭ，输出电流为２００ ｍＡ一６００ ｍＡ。改造后的系 统中，直接采用西门子ｓ７—２００ ＣＰＵ中自有的 ＰＷＭ功能进行控制，给定采用开关量控制的电子 电位器作为给定，输出通过自己开发的功率放大器 板进行放大后线性度非常好，带载能力强，在线性 的范围内没有失真现象，控制平稳、灵活方便，完全 满足控制工艺要求。泵送液压缸示意图见图一所 示。由于液压泵运行速度过快容易产生撞缸现象， 利用继电器控制时无法解决此种问题，控制特性如 图二所示；现在利用ＰＬＣ系统中的时间继电器来 进行控制，而且时间控制非常方便，时间控制可以 小到毫秒级，其控制特性如图三所示： 甲液压缸 ｌ乙缸减压点 图３泵送液压缸示意图 捧量（Ｉ ｒｎＱ× Ｉｍｌｍ 时间（ｔ） 图４改造前泵送排量控制特性 在图５中，Ｉｍａｘ－－￣Ｈｉ输出最大值；Ｉ给定量一排 量额定输出值；ＩｌＩｌｉｎ一排量输出最小值；ｔ 一排量由 额定输出值降为最小值所需要的时间，也就是到达 Ｉｎ × Ｉ培定譬 时问（ｔ） 图５ 改造后泵送排量控制特性 通过ＰＬＣ程序中控制ｑｏ．０的脉冲频率来调 节ｔｌ和ｔ２、ｔ３的时间，使之与Ｉ给定量之间的关系 满足泵车生产要求，可以保证液压泵在高速运行状 态下不会撞缸，这样，既提高了泵车设备的运行效 率和质量，同时又延长了设备的使用年限，为设备 的安全运行提供了保障。 实际生产运行中，操作人员只要操作便携式遥 控器上的给定手柄开关和按钮，就可以远距离地操 作混凝土泵车的各种动作和给定量的大小和快慢。 ３．４．２排量控制方式 排量调节可以由三种方式进行。第一，由机旁 操作箱上的排量增减按钮来进行调节；第二，由遥 控器上的排量增减按钮来进行调节；第三，由ＨＭＩ 画面上的增减按钮来进行调节。三种控制调节方 式之间互不干扰，彼此，为操作人员的操作提 供了便利。 ２．５系统ＨＭＩ的功能 ＨＭＩ画面变量最多可以设置１０００个，每个画 面的变量最多有３０个，且有多种语言切换功能。 该系统的控制画面中既有各开关量输入的状态，又 有各个设备的运行状态，既有泵送排量给定值的大 小显示，又有排量输出大小的显示，同时还有整个 系统的故障报警。尤其是系统的关键部件——液 压泵输送量的大小在ＨＭＩ画面上的控制，我们特 地增加了两个增减按钮进行微调，以方便在ＨＭＩ 画面上直接输入０—１００％的排量大小的控制，这 样既方便又快捷。排量的输出采用棒状直方图的 形式显示出来非常直观。 ・３４・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２０１３年第３期 ３结语 系统通过精心细致的出厂调试和带负荷调试， 一并称赞经过改造后的混凝土泵送车运行稳定、可 次性连续能输送八百多立方的沙浆，泵车连续运 靠；ＨＭＩ画面操作直观、方便，易于掌握；控制装置 安装紧凑、美观，而且也为同类型泵车的改造提供 了宝贵的经验。 参考文献 ［１］ 李友善．自动控制原理［Ｍ］．北京：国防工业出版社， ２０ｏ５．９ 行状况良好，在两个多月的生产中已经输送了将近 四万立方的砂浆没有出现问题。泵车在输送完混 凝土后，可以直接利用遥控方式对泵车进行各种操 作，并可及时把料斗、ｓ阀、混凝土缸、输送管路清 洗干净。在泵机清洗完后，还可将蓄能器压力释 放，以及把开关打到停止或断开位置，最后需要将 电源切断。 ［２］ 王积伟，吴振顺．控制工程基础［Ｍ］．北京：高等教育 出版社，２００９．１ ［３］ 周流森．自动控制与仪表［Ｍ］．北京：清华大学出版 社．１９８８．１１ 经过三年多的混凝土输送运行用户非常满意， Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｓ７ ２００ ＰＬＣ ｉｎ Ｐｕｍｐｉｎｇ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ＱＩＡＮ Ｗｅｉ—ｚｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｐｕｍｐｉｎｇ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎ— ｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐａｒｔ，ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＴＰ１７８ ｂｙ Ｍｉｃｒｏ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ａｎｄ ＰＬＣ Ｓ７ ２００ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｕｓｅ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｍｐｉｎｇ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ ｓｐｅｃｉａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ （上接第３Ｏ页） Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＶＲ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＷＡＮＧ Ｌｉｎｇ——ｌｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｂｅｉｎｇｓ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ａｎｄ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｆｏｒ ｈｕｍａｎ ｂｅｉｎｇｓ ａｖｏｉｄ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｕｎｎｅｃｅｓ－ ｓａｒｙ ｔｒｏｕｂｌｅ．Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｈｕｍａｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ＡＶＲ ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ—ｂａｓｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｎｄ ｐｒａｏｇｒａｍ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｕｃｈ ａ ｓｙｓｔｅｍ ＭＣＵ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｅｃｏ— ｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＡＶＲ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＰＷＭ；ｓｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ
