1 引言
用于燃料輸送的輸煤斗輪機(jī)，是在上安電廠一期工程時(shí)由美國(guó)GE公司安裝的，采用的型號(hào)為GE S6系列，自安裝運(yùn)行以來(lái)運(yùn)行狀況良好，基本可以滿足電廠輸煤要求?？墒请S著產(chǎn)品的更新?lián)Q代以及電廠自動(dòng)化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比較繁瑣，DOS人機(jī)交互界面使得技術(shù)人員在維護(hù)時(shí)感到非常得不方便，原有的梯形圖邏輯存在卻缺陷導(dǎo)致斗輪機(jī)行走振顫，甚至停機(jī)警報(bào),設(shè)備出現(xiàn)老化現(xiàn)象，特別是S6系列PLC在九十年代中期已經(jīng)停產(chǎn)，一旦現(xiàn)有的PLC故障需要更換，則很難找到備用的模件，給電廠生產(chǎn)正常運(yùn)行帶來(lái)很大的不便。因此迫切需要對(duì)原有的S6系列PLC進(jìn)行升級(jí)改造。

2 斗輪機(jī)系統(tǒng)功能分析
斗輪機(jī)的作用主要分為兩大部分，一是把煤通過(guò)傳送帶在指定地點(diǎn)煤集中堆放;二是根據(jù)需要把堆放好的煤通過(guò)傳送帶傳輸?shù)街修D(zhuǎn)站。斗輪機(jī)的功能分為懸臂旋轉(zhuǎn)、懸臂升降、大車行走、斗輪旋轉(zhuǎn)、夾軌器、擋板、拖車皮帶、就地控制、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)等十四部分。其中大車行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)使斗輪機(jī)運(yùn)動(dòng)至煤堆附近，接著懸臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者升降將斗輪運(yùn)行到適合取煤的位置，斗輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)取煤，通過(guò)皮帶運(yùn)送走，或者通過(guò)拖車皮帶將需要堆放的煤集中存放到指定地點(diǎn)。

3 改造方案設(shè)計(jì)
改造包含E1盤配電室和E2盤遠(yuǎn)程控制駕駛室兩部分。E1盤配電室內(nèi)配有兩層機(jī)架，第一層為安裝有CPU的I/O機(jī)架，另一層為隸屬于第一層機(jī)架的I/O擴(kuò)展機(jī)架。兩層機(jī)架之間通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行連接和通訊，現(xiàn)場(chǎng)的各類開關(guān)量信號(hào)，報(bào)警接電信號(hào)，PLC輸出到現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的起停信號(hào)均通過(guò)端子排與PLC I/O模塊相連;E2盤遠(yuǎn)程駕駛員室內(nèi)配有一層機(jī)架，該層為隸屬于配電室第一層機(jī)架的遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O機(jī)架，與主機(jī)架之間通過(guò)遠(yuǎn)程通訊電纜進(jìn)行通訊。駕駛室內(nèi)的監(jiān)控硬件為發(fā)光二極管組成的光子排，通過(guò)端子排以簡(jiǎn)單明了的指示駕駛員各種操作狀態(tài)以及報(bào)警信號(hào)。
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(diǎn)，輸出400余點(diǎn)，故選用11個(gè)32位的輸入模件IC693MDL655，6個(gè)32位的輸出模件 IC693MDL753，輸入與輸出模件均使用一對(duì)24針D形連接器(分為AB、CD兩組)及電纜IC693CBK001進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shí)PLC的微處理器選用高性能的CPU363，系統(tǒng)運(yùn)行速度高，可達(dá)0.5ms/K指令。能快速執(zhí)行梯形圖邏輯，并實(shí)時(shí)刷新計(jì)算輸出，并可在線監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)。完全可以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。具體的輸入和輸出模件位置分配為:E1盤主機(jī)架6個(gè)輸入模件，擴(kuò)展機(jī)架1個(gè)輸入模件，3個(gè)輸出模件;E2盤4個(gè)輸入模件，3個(gè)輸出模件。PLC硬件配置圖(主機(jī)架)參見(jiàn)圖1。

圖1 PLC硬件配置圖(主機(jī)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(fù)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(shù)據(jù)傳輸電纜剖開，按照?qǐng)D2和圖3所標(biāo)明的接線方式求將不同顏色的數(shù)據(jù)線分為AB組和CD組，分別打印出線標(biāo)志，以保證連接到端子排上的位置準(zhǔn)確無(wú)誤。

圖2 輸入模件負(fù)邏輯接線圖

圖3 輸出模件負(fù)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(duì)應(yīng)端子排上的外部信號(hào)接線位置均保持不變，E1盤的輸出模件直接驅(qū)動(dòng)繼電器上控制外部回路，對(duì)應(yīng)的端子排上的外部控制信號(hào)線均保持不變;不同顏色信號(hào)線分為AB組和CD組，參考圖2和圖3，分別打印出線標(biāo)志。按照接線圖將連接到對(duì)應(yīng)的位置，重新鋪設(shè)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(hào)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(jī)的輸入共有大約300點(diǎn)，輸出大約400點(diǎn)，原來(lái)的地址分配比較混亂，所以根據(jù)實(shí)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(diǎn)按照斗輪機(jī)的十四個(gè)功能區(qū)分開，然后再統(tǒng)一分配地址。注意到S6中的輸出地址符號(hào)為%O，9030中為%Q;9030的定時(shí)器功能與S6的定時(shí)器功能完全不同，即S6定時(shí)器的地址是可以任意選擇的，每個(gè)定時(shí)器只占一個(gè)地址位;相比之下9030定時(shí)器的地址就只能被限定在一個(gè)規(guī)定好的區(qū)域內(nèi)，而且一個(gè)定時(shí)器就要占連續(xù)的三個(gè)地址位，這是GE 9030 PLC本身特性所決定的，故對(duì)梯形圖中所有的定時(shí)器地址進(jìn)行重新分配，范圍%R1127~%R1334。

(2) 模塊化邏輯開發(fā)
參考原有的S6 PLC DOS環(huán)境下開發(fā)的梯形圖邏輯，在Windows & Cimplicity ME開發(fā)環(huán)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(jī)的十四個(gè)功能部分對(duì)程序分塊，即主程序只包含十四個(gè)被調(diào)用的子程序塊(見(jiàn)圖4)，各個(gè)程序塊只包含對(duì)應(yīng)于某一功能的梯形圖邏輯(參考圖5),并在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的幫助下，完善了所有梯形圖的注釋，增強(qiáng)了程序的可讀性，方便后期維護(hù)。

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(yōu)化
注意到原有梯形圖中一些特殊指令在9030的開發(fā)環(huán)境中已經(jīng)不存在了，所以在9030的開發(fā)環(huán)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(jīng)不再使用的自動(dòng)控制的邏輯，并修改了懸臂啟動(dòng)延時(shí)定時(shí)器的延時(shí)參數(shù)，使得控制效果更為合理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的意見(jiàn)，并改正了一部分錯(cuò)誤的注釋。

4 改造創(chuàng)新
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是在對(duì)原有的梯形圖邏輯移植的基礎(chǔ)上，采用了高級(jí)程序語(yǔ)言中的模塊化編程方法，將斗輪機(jī)的十四個(gè)不同的功能部分看作是十四個(gè)不同的對(duì)象，分別編寫相應(yīng)的梯形圖邏輯子程序，然后再主程序中直接調(diào)用這些子程序，形成完整的梯形圖邏輯控制斗輪機(jī)正常運(yùn)行。模塊化后的梯形圖邏輯結(jié)構(gòu)清晰，具有很好的可讀性，易于后期的維護(hù)。各模塊之間相對(duì)獨(dú)立、功能單一，避免了重復(fù)勞動(dòng)，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可應(yīng)用到同類型的控制中，獲得了較高的程序質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)
整體的改造工作是成功的，系統(tǒng)調(diào)試期間運(yùn)行狀況良好，不但斗輪機(jī)的基本功能得到了實(shí)現(xiàn)，而且修改了原有邏輯中的不合理的地方，消除了斗輪機(jī)的行走震動(dòng)的問(wèn)題，并修改了斗輪機(jī)的斗輪的啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間，使得功能更為合理，最終順利驗(yàn)收完畢。
不過(guò)在工作期間也出現(xiàn)了一些意想不到的問(wèn)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(fù)邏輯著一種方式，而原來(lái)的發(fā)光二極管光子排的正常工作存在正負(fù)極性，改造后的由于模件的電源方式改變，導(dǎo)致了由輸出模件驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管不能正常工作，與現(xiàn)場(chǎng)工作人員討論之后，決定將光子排上的所有發(fā)光二極管正負(fù)極顛倒一下，這樣就可以在不影響工作的情況下保證系統(tǒng)狀態(tài)的的正常顯示。
另外一個(gè)問(wèn)題是在梯形圖邏輯調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)Cimplicity ME開發(fā)環(huán)境報(bào)告E1盤主機(jī)架電源不足，后經(jīng)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，選擇的電源只能向不多于4個(gè)同類型的輸入或者輸出模件供電，一旦超出這個(gè)限制，就會(huì)產(chǎn)生電源不足報(bào)警，導(dǎo)致模件不能正常工作，所以將原來(lái)配置好的主機(jī)架上的6個(gè)輸入模件的后2個(gè)移至擴(kuò)展機(jī)架上，主機(jī)架上4個(gè)輸入模件，擴(kuò)展機(jī)架上3個(gè)輸入模件，3個(gè)輸出模件，滿足了電源要求從而正常運(yùn)行。
實(shí)踐表明改造后的斗輪機(jī)抗干擾能力強(qiáng)，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(chǎn)率和整體輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。