基于PLC的防喷器服务吊车自动控制系统的研究与设计

基于PLC的防喷器服务吊车自动控制系统的研究与设计

作者：张胜春

来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第17期

[摘要]以防喷器服务吊车控制系统为研究对象，采用西门子PLC-200作为主要控制器件，利用对PLc模块外部I/O接口进行编址与安装相应转换开关相结合的形式代替PLc与通信网络组合的控制方式，达到对防喷器吊机的自动控制的设计。

[关键词]PLC-200防喷器服务吊车

自动控制

1引言

防喷器服务吊车在钻井平台防喷器模块的组装工作中广泛应用。随着钻井平台对自动化程度要求的提高，系统的安全性、可靠性及经济性等方面的要求也相应地提高。

现在，防喷器服务吊车自动控制系统大多采用PLc与通信网络组合的控制方式。但是，钻井平台上的环境十分恶劣，如：高温、剧烈的晃动、及各种电磁干扰等都可能影响网络通信系统的正常工作。而且，通信网络的控制形式，一般是通过主从站控制方式实现，这种方法对PLc硬件要求性高，提高了设计成本。因此，本文提出了一种既可以满足防喷器服务吊车所有工况要求，又摈弃网络通信系统的防喷器服务吊机自动控制系统的设计方案。

2控制系统的组成

根据平台的实际情况，拟配备两台起升能力为17.5T的姊妹电动辅助吊车。自动控制系统主要由控制部分，电力驱动部分，系统保护等组成。

2.1控制部分

以PLC-200作为核心部件。通过PLC-200的I/O接口接收外部信号，并发出信号。通过对其工艺过程的程序编写，完成防喷器服务吊机的全部工况要求机的各种工况（包括两部吊车根据实际工况，实现统一控制，同步动作）。

2.2电力驱动部分

本控制系统电力驱动部分全部采用380V 50HZ的双速电机。大车行走配备两台

0.45Kw/0.25Kw电机，通过减速箱带动齿轮在齿条上行走驱动大车；小车行走由一台

0.45Kw/0.25Kw机驱动；起升电机的功率为10.5Kw/6.6Kw的电机带动卷筒，实现大勾的上升下降。所有驱动电机配备电控刹车。

2.3系统保护部分

本控制系统的大车行走、小车行走、大钩升降等均设置限位保护，在出现任何限位动作时，自动停止该动作，保障整个系统和操作人员的安全。其中大车，小车设有行车行走限位，当行车走至极限位置时，触发限位开关，不能继续向该方向行驶，只能向反方向行走解除限位。在卷筒两侧设置了过卷限位开关，当大绳走至防止上碰和下砸的预设位置时，触发限位开关，升降电机停机，防止出现危险。在卷筒下发另设置防上碰开关一个，当过卷防碰失效时作为最后一层保护。吊车上配备声光报警装置，当行车行走时发出声光警示，操作手柄上有必须手动复位的紧急停止按钮，当有意外发生时可立即停止动作。

3控制系统设计方案

本文论述的是一种替代网络通信技术控制双套防喷器吊车同步协调运动的方法。即放弃了PLC与通信网络组合形式的主从站控制方式，而是通过对外部I/O接口进行编址与安装相应转换开关相结合的形式代替主从网络通信的形式。

3.1硬件设计方案

防喷器服务吊车主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。在众多的PLC生产厂家中，西门子公司的S7-200系列产品以其较高的性价比和较高的抗干扰性成为众多用户的首选。S7—200是模块化的小型PLC系统，能满足小型性能要求的应用。CPU226CN集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7扩展模块。

通过对防喷器服务吊车自动控制系统的研究与分析，确定了本系统的I/O点数，一共44个数字量输入信号，32个数字量输出信号。结合本控制系统的需要，本文选用CPU226 CN （自带24点数字量输入，16点数字量输出），1块EM221模块（16点数字量输入），一块EM222模块（8点数字量输出），1块EM223模块（16点数字量输入，16点数字量输出）。在现场实际中，数字量输入输出（DI/DO）有冗余，以备系统临时扩充需要。

3.2软件设计方案

可编程序控制器控制功能是通过执行程序实现的，不同型号的PLC采用编程语言的表达方式也不同，得到广泛而成功应用的编程语言是梯形图语言，本文程序中所用的编程形式是梯形图（LAD），S7-200可编程控制器主要使用STEP7-MICRO/WIN32编程软件进行编程和其它一些相关处理。

根据防喷器服务吊车要求，并结合程序模块化设计的思想，对本系统进行程序的编写，其主要功能模块有：大车行走模块、小车行走模块、大钩升降模块、综合报警模块等。

4控制系统实现的功能

本文是对防喷器服务吊车自动控制系统的研究与设计。从而达到控制防喷器服务吊车的目的，并且实现通过使用一个手柄控制两台吊车同步工作的目的。

当转换开关打到“双吊同步”档位时，系统1的按钮可以同时控制系统1和系统2，两套系统同时动作，并且系统2的动作形式完全与系统1运动形式保持一致。

当转换开关打到“单独”档位时，系统1和系统2又变成了两个完全独立的系统，并且只能通过各自的控制面板控制相应的系统。

当按下大车“系统1速度1向前起动按钮”后电磁阀打开，0.3秒后（时间可根据现场情况调整）大车以速度1向前运动。当松开按钮后，小车停在运动，并且同时大车刹车电磁阀爆闸。大车速度2向前运动，小车速度1向前运动，小车速度2向前运动的过程与大车速度1向前运动工艺过程相似。系统1与系统2工艺要求一样，这里不再重复介绍。

当按下“系统1起升1速按钮”后，电磁阀打开，0.3秒后（时间可根据现场情况调整）大钩子做速度1起升运动。当松开按钮后，大钩电磁阀立即爆闸，0.3秒后（时间可根据现场情况调整）大车停止起升运动。

5结论

本文论述的是一种通过对外部I/O接口进行编址与安装相应转换开关相结合的形式代替网络通信的形式控制防喷器服务吊车的一种控制方法。通过现场实际应用，本方法满足防喷器服务吊车自动控制的所有工况要求，并且安全可靠地实现了两台起升能姊妹电动辅助吊车相互协调同步运行的目的。