技术及规范
摘 要：针对200#码头消防炮上、下、左、右4个方向只能通过操作台手柄操作、缺少利用遥控器进行电气控制、不能适应繁重生产及安全要求的情况，分析了原有消防炮遥控装置的PLC控制系统程序，改造了200#码头消防炮遥控系统，达到了安全、实时的操控服务水平，增加了该码头安全生产的完整性。
关键词：消防炮； 遥控装置； PLC控制
1 前言
200#码头是湛江港最大的油码头之一。200#码头消防炮主要由炮塔、消防管、泡沫炮、水炮、电动阀门控制器组成。为了完善200#码头消防安全系统，公司决定在200#码头配置1套SAGA1-K4工业用无线电遥控装置，以便码头值班人员随身携带消防炮无线电遥控器，通过操作遥控器有效地控制码头前沿的消防炮喷射方向。但由于缺少200#码头消防炮原来的电气控制原理图和线路布线图，200#码头消防炮PLC控制系统的CPU模块的控制程序无法读取(厂家已加密)且无法获得原厂家技术支持，因此需在对原有消防炮遥控装置的PLC控制系统程序设计分析的基础上进行改造。
2 融入原电气控制系统的可能性分析
2.1 绘制200#码头消防炮电气控制原理图
遥控装置的PLC控制安装，必须了解原电气控制系统。经过多次现场线路跟踪与操作，绘画出200#码头消防炮原PLC系统图(见图1)。图1中手柄部分，1#水炮代表1号消防炮中水炮，1#泡沫代表1号消防炮中泡沫炮，同理2#水炮、2#泡沫、3 #水炮、3#泡沫代表意思与此类似。图中故障部分，1#水炮有上下与左右，且输入PLC时经过热继电器1FR常开触点，表示1号消防炮中水炮上下(或左右)故障是热继电器1FR(或2FR)动作造成的。同理，1#泡沫、2#水炮、2#泡沫、3号水炮、3号泡沫的上下与左右故障分别是3FR、4FR、5FR、6FR、7FR、8FR、9FR、10FR、11FR、12FR。输出部分，1KM、2KM、3KM、4KM分别是接通1号消防炮中水炮的上、下、左、右动作的接触器；5KM、6KM、7KM、8KM分别是接通1号消防炮中泡沫炮的上、下、左、右动作的接触器；9KM、10KM、11KM、12KM分别是接通2号消防炮中水炮的上、下、左、右动作的接触器；13KM、14KM、15KM、16KM分别是接通2号消防炮中泡沫炮的上、下、左、右动作的接触器；17KM、18KM、19KM、20KM分别是接通3号消防炮中水炮的上、下、左、右动作的接触器；21KM、22KM、23KM、24KM分别是接通3号消防炮中泡沫炮的上、下、左、右动作的接触器。SL为消防炮中水炮或泡沫炮的微型行程开关，ST为为消防炮中水炮或泡沫炮的微型限位开关。

图1 200#码头消防炮原PLC系统图
2.2 200#码头消防炮的工作原理
手柄动作信号通过输入PLC，再由PLC发出信号，驱动接触器，使电机动作。从现场手柄操作知道，上、下、左、右4个动作都是点动，每一个消防炮有水炮与泡沫炮，每一个水炮或泡沫炮的上下左右，操作平台上手柄都与之一一对应。以1#水炮向上动作为例：当操作平台1#水炮的手柄向上动作时，PLC的I0.0指示灯亮，Q0.0指示灯也跟着亮，接触器1KM动作，电机M1运行，同时1#水炮上指示灯亮，到所需位置后,松开手柄向上动作, 1#水炮上指示灯灭。如果手柄一直向上，上行程开关1SL到位后，其常闭触点会使1KM断开，其常开触点使中间继电器1KA得电动作，1KA常开触点使1#水炮上指示灯常亮。限位开关1ST是在行程开关1SL失效后，又一层保护电机作用。
2.3 遥控装置的原理分析
从遥控装置的接收机看，电源(～380V)接在线号(1)(2)，遥控器正面的上、下、左、右按键是3个消防炮水炮或泡沫炮公用的，经过实验，得出遥控器上、下、左、右按键对应接收机输出线线号分别为(6)、(8)、(11)、(12)，线号为(6)、(8)的COM端为(5)，线号为(11)、(12)的COM端为(10)；1S代表1#水炮、1P代表1#泡沫炮、2S代表2#水炮、2P代表2#泡沫炮、3S代表3#水炮、3P代表3#泡沫炮。这些按键动作是点动的，也就是按键按下去后，其对应的输出导通，一松开手，其对应的输出不导通。AUX1(Star)代表遥控装置开始通电启动,对应线号(3)、(4)接通，此按键动作是自锁的，也就是按键按下去后，其对应的输出导通，一松开手，其对应的输出还是导通；1S对应的线号为(15)，1P对应的线号为(16)，2S对应的线号为(19)，2P对应的线号为(20)，3S对应的线号为(22)，3P对应的线号为(23)。其中线号(15)与线号(16)的COM端为(14)，线号(19)、(20)、(22)与(23)的COM端为(18)；红色(STOP)代表急停，AUX2备用，在红色(STOP)键两边的两个黑色开关也是备用。
2.4 技术分析
从上述可知，遥控装置全部是开关量。从操作顺序上，先开启遥控装置，再选择1S、1P、2S、2P、3S、3P，最后选择消防炮的上、下、左、右。所以用一个继电器选择无线遥控，在原程序的基础增加6个继电器，分别对应1S、1P、2S、2P、3S、3P按键输入，即选择1S、1P、2S、2P、3S、3P，它们控制线路用上自锁功能。为了安全，在电路上让它们互锁，然后，再用这6个继电器每一个常开触点都分别控制另外4个继电器。这4个继电器分别是上、下、左、右，这样就需要24个继电器。因为1S、1P、2S、2P、3S、3P都有上、下、左、右4个方向，就能与手柄中24个输入点对应起来，24个继电器的触点分别与手柄中24个输入点并联起来，总共需要25个继电器。此时，有2种方案能解决此问题。
第一种方案：保留消防炮原控制系统不变，按上述分析，用外接继电器的方法来解决。此方案外置很多继电器，线路过程繁琐，因而故障率高，可靠性差。
第二种方案：在消防炮原控制系统基础上，利用PLC内部继电器，改变原有的程序，增加输入或输出模块。在原来的基础上增加PLC输入点，包括选择遥控、选择上、选择下、选择左、右、选择1S、选择1P、选择2S、选择2P、选择3S、选择3P，一共增加11个输入点；增加PLC输出点有无线遥控指示1个输出点。PLC控制外置具有继电器少、可靠性强、故障率低等优点。
从技术上讲，2种方案都是可行的，权衡利弊，我们决定采用第二种方案，即遥控装置的PLC控制方案。
3 任务的实施
3.1 绘画消防炮原PLC梯形图
为了设计工作更顺利与节省时间，根据设计思路与现场控制线路实际需要，首先弄清楚原PLC程序，绘画出消防炮原PLC梯形图。为了保险起见，还把此程序下载到PLC，经过现场验证，完全符合原来设计要求。
3.2 方案设计的要求
(1)原消防炮中水炮与泡沫炮作用(或功能)不变。
(2)在满足控制要求的情况下，尽可能地留用原控制系统中可用元器件，尽可能保留原线路，不改变原控制系统的电气操作方法。
(3)电气控制系统控制元件，包括操作手柄、热继电器、接触器、行程开关、限位开关、指示灯等，作用与电气线路相同。
(4)继续使用原西门子S7-200 CPU224, 根据任务所需输入\输出点数，可增加或减少DI\DO模块。
(5)线路编号可根据任务情况做适当调整，做到快速、准确与牢固。
3.3 绘制输入、输出分配图
原来PLC为SIMATIC S7-200 CPU224,DI、DO模块EM223 3个，DO模块EM222 1个。为了配合增加输入点、输出点的需要，在原来基础上增加SIMATIC 1个DI、DO模块EM223，增加SIMATIC 1个DI模块EM221，撤下SIMATIC DO模块EM222 1个，结合200#码头消防炮电气控制系统PLC梯形图，绘制出新的PLC输入、输出分配图。
3.4 绘制状态转移图
保留原设计思想，绘制出如图2所示的状态转移原理图，遥控装置部分融入原程序设计状态转移可参考此原理图。现以1S(1#水炮)为例来说明，1P(1#泡沫)、2S(2#水炮)、2P(2#泡沫)、3S(3#水炮)、3P(3#泡沫)的状态转移以此类推。

图2 1S(1#水炮)状态转移图
(1)遥控器上启动遥控装置(I3.2),它是遥控器开始操作的必要条件。
(2)选择1S(1#水炮)，PLC内部继电器V250.0得电自锁。为了防止错按键，将1P(1#泡沫)、2S(2#水炮)、2P(2#泡沫)、3S(3#水炮)、3P(3#泡沫)的常闭触点串入程序中。
(3)选择1S(1#水炮)动作的种类。选择上(I3.3)下(I3.4)或者左(I3.5)右(I3.6)时，要它们互锁，即I3.3与I3.4互锁、I3.5与I3.6互锁；选择上动作时，PLC内部继电器V270.0得电动作，让内部继电器V270.0的常开触点与1S(1#水炮)手柄向上动作并联，即可像手柄向上动作一样，通过原程序完成1S(1#水炮)上动作。当然，保留1S(1#水炮)上下故障(1FR)输出信号Q4.0与1S(1#水炮)下动作输出信号Q0.1来控制1S(1#水炮)上动作的输出信号。同理，1S(1#水炮)的下动作、左动作、右动作的状态转移与1S(1#水炮)上动作的状态转移相同。
3.5 编制梯形图程序
结合绘制出来的原有PLC的梯形图，原PLC输入、输出分配图以及状态转移原理图后，又绘画出新的PLC梯形图，编译成新PLC控制程序，为下一步进行系统安装和调试打下良好的基础。
3.6 系统安装及调试
(1)将设计好的程序下载到PLC中进行编辑和检查。
(2)使用I/O表在输出表中“强制”调试。
(3)将调试好的程序下载到现场PLC，这时不带负载，只接上接触器线圈、信号灯等。
(4)合上电源后，首先操作手柄，观察PLC对应的输入/输出灯是否亮，再观察各个消防炮动作情况；手柄操作正常后，接着操作遥控器，观察PLC对应的输入/输出灯是否亮，信号是否正常，各接触器动作是否正常等，若不符合要求，则对硬件和程序做调整。
(5)遥控操作正常后，接上负载，对现场做一次完整的检查，然后再做一次手柄操作与遥控器操作，经现场值班人员多次操作验证正常并经相关部门验收合格后交付使用。
4 结语
通过现场分析、实践以及多次听取操作人员意见，终于完成200#码头消防炮遥控装置的PLC控制安装
