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摘要： 本文主要介绍150t移动式港口起重机电气控制系统，基于AB PLC的Ethernet/IP总线的方式进行通讯，电气房主站与各从站设备之间利用Ethernet/IP总线进行数据远程交换，从而实现对150t移动式港口起重机的各机构功能控制。

关键词： Ethernet/IP AB PLC 移动式港口起重机

Keywords Ethernet/IP AB PLC Mobile Harbor Crane

一、系统概况

移动式港口起重机由于其高效率、多功能吊具以及转运机动便捷等优势，在港口码头应用越来越广泛，是各类港口码头理想的装卸和搬运设备。其可以配备有集装箱吊具、抓斗或其它起重设备，能处理集装箱、散货和大宗货物等物料。其电控系统通常采用基于PLC集中统一的控制方式。即电气房配备一套主PLC系统，整机设备的限位开关、传感器等安全保护元件以及电机、电磁阀等执行装置均以电缆的形式连接至PLC。本文介绍的Etherne/IP t现场总线系统为在电气室设置一套PLC作为主站，在司机室、机下行走电控柜内部设置PLC分站，主站与分站之间通过一根专用六类以太网网线进行连接，主站与从站之间采用Ethernet/IP通讯协议进行数据交换。由于Ethernet/IP总线为能支持多主站的总线系统，网络中的各个节点均可通过总线进行访问，可实现多台设备的互联。EtherNet/IP协议基于TCP/IP协议栈，采用了面向连接和面向无连接的通信方式，可以实现高速的数据传输和实时的控制。它可以支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps三种传输速率，距离可以达到100米或更远。同时，EtherNet/IP还具有很强的灵活性和可扩展性，可以支持多种拓扑结构和协议适配器，因此它的可靠性很高，抗干扰能力强，在起重机上应用具有广阔的前景。

二、项目介绍

本系统应用于国外某码头的一台150t门架式港口起重机上，此设备主要通过起升、变幅、旋转、行走几大机构协同进行物料装卸作业。操作人员在司机室内通过联动操作台上的开关、按钮、主令控制器等完成各种作业。起升和行走机构采用变频器驱动，变幅和回转机构采用液压泵站驱动。其结构总图及电气设备的分布示意如下：

主要技术参数：

起升：150t×（11～54）m；

起升高度：轨上41m；轨下15m。

起升速度：0-90m/min

变幅速度：0-39m/min

回转速度：0-1.6r/min

大车行走速度：0-25m/min

三、控制系统介绍

3.1、硬件部件组成

本系统采用罗克韦尔AB公司1756-L7系列可编程控制器（PLC），自带有Ethernet总线通讯接口，变频器选用丹弗斯公司NXP起重专用变频器，主要模块选型如下：

◆电气房主站

◇中央处理器模块 1756-L71 1块，工作存储器2048kb，该控制器可以处理多达128，000个离散输入和输出信号，以及4000个模拟输入和输出信号；

◇配电模块 1756-PA72 1块，负责PLC模块基板电源供给；

◇通讯模块 1756-EN2T 1块，负责主站与分站间以及各通讯设备间的数据通讯链接；

◇数字量输入模块 1756-IA16I 5块，采集外部按钮、限位开关以及压力开关等离散量数据；

◇数字量输出模块 1756-OA16I 2块，控制外部继电器、接触器等执行元件；

◇模拟量输入模块 1756-IF16 1块，采集重量传感器、压力传感器等模拟量数据。

◆司机室远程从站

◇配电模块 1756-PA72 1块

◇远程通讯模块 1756-EN2T 1块

◇数字量输入模块 1756-IB16I 5块

◇数字量输出模块 1756-OB16I 1块

◇模拟量输入模块 1756-IF8 1块

◆机下行走远程从站

◇配电模块 1756-PA72 1块

◇远程通讯模块 1756-EN2T 1块

◇数字量输入模块 1756-IB16I 5块

◇数字量输出模块 1756-OB16I 2块

◆监控系统

◇HMI 2711P-T12W22D8S 1个，放置在司机房内。

◆驱动系统

◇起升支持变频器 1台，NXP系列， 放置在电气房内

◇起升开闭变频器 1台，NXP系列， 放置在电气房内

◇行走变频器 1台，NXP系列， 放置在电气房内

◇变幅回转软启动器 1台，SMC150-F系列，放置在电气房内

电气房、司机室、机下远程、变频器以及编码器构成EtherNet/IP通讯总线网络。整机设备网络拓扑图如下：

3.2罗克韦尔AB PLC编程软件硬件组态

通过在软件配置界面下加入PLC主控制器，并激活Ethernet/IP总线管理器，在空闲端口依次添加远程设备（需要在编程软件Studio 5000内添加远程通讯模块的eds文件），在Ethernet/IP端口添加ModbusTCP，添加HMI设备，并与ModbusTCP端口相连，以上既完成了PLC的硬件配置，Ethernet/IP总线上的每个设备都自动分配了相应的站号和映射地址。

3.3变频器Ethernet/IP总线通讯

1）对NXP变频器实现Ethernet/IP通信控制的状态字和控制字：

2）丹弗斯NXP 变频器Ethernet/IP控制过程：

四、程序逻辑编制

4.1、变量声明：

PROGRAM NXP_Ethernet_FDB

VAR_INPUT //输入变量

i_INV_HoistDriveReady：BOOL； //变频器准备信号

i_Joystick：INT； //手柄值

i_Joystick_EquilibriumValue：INT； //手柄调节值

i_HoistUP_WorkingRange：BOOL； //起升上升正常模式

INV_reset：BOOL； //故障复位

status_word：UINT； //变频器状态字

speed_in：INT； //速度给定

i_BrakeOpenDelay：BOOL； //制动器打开中继

I_BrakeCloseDelay：BOOL； //制动器关闭中继

i_MotorRunning：BOOL； //电机运行

END_VAR

VAR_OUTPUT //输出变量

o_INV_Hoist_Start1：BOOL； //变频器控制字使能

o_INV_Hoist_Start2：BOOL； //变频器速度给定使能

o_INV_Hoist_Forward：BOOL； //起升变频器前进

o_INV_Hoist_Reverse：BOOL； //起升变频器后退

o_INV_Hoist_Reference：INT； //起升变频器输出RPM

o_SingleDrumBrake：BOOL； //制动输出信号

END_VAR

VAR_LOCAL

HoistRunEnable：BOOL； //变频器运行使能

Hoist_Handle_Up_Sigal：BOOL； //起升手柄起信号

Hoist_Handle_Down_Sigal：BOOL； //起升手柄落信号

High_Joystick：INT； //高速手柄值

Enable：BOOL； //变频器励磁状态

BRK_DT：BOOL； //制动器保护

T_BRK_DT：TON； //制动器保护计时器

T_BRK_DT_TIMER：TIME； //制动器保护时间

4.2、 程序编制

变频器正反运行指令

五、总结

经过实践，Ethernet/IP总线系统在150t移动式港口起重机上应用，这种总线开放性的应用层协议使得面向自动化和控制应用的在EtherNet/IP上的工业自动化和控制设备的互操作性和互换性成为现实，它的优越的抗干扰能力也提高了系统的可靠稳定性，从而为今后的大规模推广奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1] 陈志梅，孟文俊.智能起重机系统研究与展望[J].工程机械，2011，42（1）：39-44，103.

[2] 卞永明，张泽宇，苏炎，等.基于PROFIBUS 的桥式起重机防碰撞系统设计[J].机电一体化，2018，24（4）：47-51.

[3] 韩丹涛，赵艳领，公彦杰.一种工业以太网状态安全监视器的设计[J].电子测量技术，2019，42（8）：110-114.

作者简介：张瑞峰（1983—），男，工程师，从事港口起重机械的电气设计及研发工作。