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案例頻道一、概述
可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多控制系統(tǒng)都采用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制。特別是在安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中，PLC 以其可靠性強(qiáng)、動作速度快、安全性能好的特點(diǎn)得到了各行各業(yè)廣泛的應(yīng)用。
二、機(jī)車保護(hù)系統(tǒng)概述
對于一些機(jī)車控制、傳動控制及重要崗位的操作人員身體狀態(tài)在線檢測是非常重要的。例如高速運(yùn)行的火車駕駛司機(jī)由于突發(fā)疾病暈倒而無法操作，那么整列火車乘客的生命安全是非常危險(xiǎn)的。所以在一些國際先進(jìn)的動車組機(jī)車控制室內(nèi)的操作崗位上，安裝了操作人員檢測的設(shè)備。在操作人員的腳下有了一個象“油門”式的踏板，操作人員每隔三十秒必須踩一下這個踏板，證明操作人員身體狀態(tài)良好或在操作崗位上。否則，超過三十秒沒有檢測到踏板返回信號，蜂鳴器就會發(fā)出報(bào)警，提醒操作人員踩踏板。如果操作人員由于身體突發(fā)疾病或擅自離崗，報(bào)警超過兩分鐘，機(jī)車就會自動剎車，保證整列火車乘客的人身安全;還有一種情況，如果操作人員由于身體突發(fā)疾病暈倒，正好壓在踏板上面，或者有東西壓在踏板上，這樣踏板就一直有返回信號。在程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮到這點(diǎn)，當(dāng)踏板連續(xù)三十秒有返回信號時(shí)，蜂鳴器同樣會發(fā)出報(bào)警，并且報(bào)警超過兩分鐘自動剎車。本文以這個連鎖保護(hù)為例，介紹PLC在安全連鎖保護(hù)中的應(yīng)用。
三、S7-300PLC簡介
S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合而構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速的指令運(yùn)算速度;能用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算;帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具可以方便地給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值;S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)集成了方便的人機(jī)界面，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送;CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）;多級口令保護(hù)可以高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改;S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。S7-300 PLC具備強(qiáng)大的通信功能，可通過編程軟件Step 7的界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng);串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng);多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 SIMATICS7—300的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)，其主要功能有高速的指令處理、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、人機(jī)界面（HMl）、診斷功能、程序保護(hù)。完全能實(shí)現(xiàn)列車自動防護(hù)系統(tǒng)ATP（Automatic Train Protection）的功能。在線實(shí)現(xiàn)火車的運(yùn)行速度、軸溫、電流等重要參數(shù)測控及緊急狀態(tài)下安全聯(lián)鎖保護(hù)。如果加上人機(jī)界面（HMl）和存儲設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)顯示和記錄功能，能有效防止列車超速，還能以圖形曲線、數(shù)字報(bào)表等形式再現(xiàn)列車運(yùn)行過程。.
四、編程實(shí)現(xiàn)
PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩部分，而程序的設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)中工作量最大、最重要的一項(xiàng)工作。一個好的程序不僅可以減少I/O點(diǎn)數(shù)，節(jié)省硬件成本，而且還可以減少PLC程序步驟和占用的空間，收到事半功倍的效率。在本程序中，由于踏板有無信號定時(shí)器都要啟動，也就是說無論是踩踏板的時(shí)間還是不踩踏板的時(shí)間都不能超過30秒，如果超過30秒報(bào)警就要啟動，所以在寫程序時(shí)把上升沿和下降沿邊沿檢測指令并聯(lián)。這樣無論踏板得信號的開始還是失信號的開始都能激發(fā)30秒的定時(shí)器啟動。當(dāng)擴(kuò)展脈沖定時(shí)器定時(shí)到30秒后，報(bào)警線圈得電，蜂鳴器報(bào)警，提醒操作人員踩踏板。
當(dāng)報(bào)警啟動后，接通延時(shí)定時(shí)器啟動，定時(shí)兩分鐘。如果在兩分鐘之內(nèi)，操作人員踩了踏板，報(bào)警解除。T1重新定時(shí)，T2停止定時(shí)。如果在兩分鐘之內(nèi)操作人員沒有踩踏板，T2接通延時(shí)定時(shí)器定時(shí)到兩分鐘后，殺車啟動。機(jī)車緊急停車，連鎖保護(hù)乘客安全。
五、PLC的程序執(zhí)行過程
當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。
PLC的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時(shí)動作;而PLC采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點(diǎn)不會立即動作，必須等掃描到該時(shí)才會動作。但由于PLC的掃描速度快，通常PLC與電器控制裝置在I/O的處理結(jié)果上并沒有什么差別。
六、結(jié)束語
以PLC為控制核心的連鎖保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，從歐洲各大公司生產(chǎn)的聯(lián)鎖系統(tǒng)可以看出，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的進(jìn)一步發(fā)展方向是：編制程序采用SIMATIC編程技術(shù)，使設(shè)備復(fù)雜程度低、規(guī)格小、靈活性大，價(jià)錢便宜，且能確保安全。
參考文獻(xiàn)：
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此文摘自中國傳動網(wǎng)。
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