Практическое руководство по написанию программы управления электровантом с помощью ПЛК (реализация на двух языках: лестничные диаграммы S7-1200 и SCL)

传统电动葫芦的控制方式长期以来以”凸轮控制器+继电器+接触器”为主导，电气原理图由数十个中间继电器和时间继电器组成，故障排查困难、且无法接入工厂信息化系统。随着工业4.0的推进，越来越多的工厂要求将起重设备接入MES/SCADA系统，实现设备状态监控、运行数据采集、故障预警等功能。以PLC取代继电器逻辑是必然趋势。本文基于克鲁德重工实际交付的某汽车零部件工厂（68台电动葫芦集中控制）项目经验，完整呈现电动葫芦PLC控制程序的编写过程，包括IO分配表、梯形图逻辑、SCL故障处理代码、HMI监控画面规划和程序下载调试全流程。

一、硬件配置与IO分配

1.1 硬件选型

1.2 IO分配表

二、LAD梯形图程序设计

2.1 主程序 OB1 架构

OB1为主循环组织块，扫描周期默认10ms。按执行顺序调用以下FC块：

2.2 安全联锁 FC100（LAD梯形图）

// FC100: 安全联锁逻辑
// 所有安全条件串联——任一条件不满足则禁止运行

    "SB0_EST"      "SQ1_UL"       "SQ2_DL"       "FR_OL"                     "SafetyOK"
----|/|-------------|/|-------------|/|-------------|/|------------------------(  )

// 超载连锁：超载时仅允许下降
    "OL1_OVLD"     "SB2_DN"                                                       
----| |------------| |-----------------------------------------------------------( "Overload_DN_Only" )

// 超载信号复位（手动确认）
    "Overload_DN_Only"     "SB1_UP"               "Overload_Latch"              
----| |-------------------| |----------------------------------------------------(  )

2.3 起升控制 FC200（LAD梯形图）

// FC200: 起升控制逻辑
// 上升：SafetyOK + 上限位未触发 + 非超载 + 下降未运行 + 上升按钮
// 下降：SafetyOK + 下限位未触发 + 上升未运行 + 下降按钮（超载时只允许下降）

    "SafetyOK"      "SQ1_UL"      "Overload_Latch"    "KM2_DN"      "SB1_UP"     "KM1_UP"
----| |-------------| |-------------|/|----------------|/|-----------| |----------(  )
    |                                                                              |
    "KM1_UP"                                                                       |
----| |----------------------------------------------------------------------------+

    "SafetyOK"      "SQ2_DL"                         "KM1_UP"      "SB2_DN"     "KM2_DN"
----| |-------------| |-------------------------------|/|-----------| |----------(  )
    |                                                                              |
    "KM2_DN"                                                                       |
----| |----------------------------------------------------------------------------+

// 电气互锁：KM1和KM2绝对不能同时输出
    "KM1_UP"      "KM2_DN"        "Interlock_OK"
----| |-----------| |--------------(  )   // 用于故障检测，正常时不应导通

2.4 延时保护——防止频繁启动

// 频繁启动保护：每次停止后延时500ms才允许再次启动
// 防止接触器在极短时间内频繁吸合（触头抖动/电弧）

    "KM1_UP"                                                                       
----|/|-----------------------------------------------------------------------------
    "KM2_DN"            TON_Start_Delay                                             
----|/|----------------[TON: #Temp_StartDelay ]                                     
                       PT= T#500MS                                                 
                       Q= "Start_Allowed"                                         

// 加入主控制回路
    "Start_Allowed"     "SB1_UP"      "KM1_UP"     // 上升    
----| |----------------| |-----------(  )

三、SCL故障诊断代码

3.1 FC400_FaultDiag（SCL结构化文本）

// FC400: 故障诊断与报警
// 语言：SCL（结构化文本）
// 功能：实时监控设备状态，检测13种故障类型，输出故障代码到HMI

FUNCTION FC400_FaultDiag : Void
    VAR_INPUT
        I_SafetyOK        : Bool;       // 安全联锁状态
        I_KM1_UP          : Bool;       // 上升接触器反馈
        I_KM2_DN          : Bool;       // 下降接触器反馈  
        I_Overload_Latch  : Bool;       // 超载锁定
        I_OL1_OVLD        : Bool;       // 超载传感器信号
        I_RunHours        : Real;       // 累计运行时间(小时)
    END_VAR
    
    VAR_OUTPUT
        Q_FaultCode       : Int;        // 故障代码输出到HMI
        Q_FaultMsg        : String[40]; // 故障描述
        Q_Alarm_Output    : Bool;       // 驱动声光报警器
        Q_TotalRunHours   : Real;       // 总运行时间
    END_VAR
    
    VAR
        vFaultCount       : Int;        // 故障计数器
        vPrev_KM1         : Bool;       // 上升接触器边沿检测
        vPrev_KM2         : Bool;       // 下降接触器边沿检测
        vOverloadTimer    : Time;       // 超载持续时间
    END_VAR

    // === 故障检测列表 ===
    Q_FaultCode := 0;  // 默认无故障
    Q_Alarm_Output := FALSE;
    vFaultCount := 0;
    
    // 故障1：急停按下
    IF I_SafetyOK = FALSE AND 
       "SB0_EST" = FALSE THEN
        Q_FaultCode := 1;
        Q_FaultMsg := '急停按钮已按下';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障2：上限位触发
    IF "SQ1_UL" = FALSE THEN
        Q_FaultCode := 2;
        Q_FaultMsg := '上限位触发（钩头距卷筒不足）';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障3：下限位触发
    IF "SQ2_DL" = FALSE THEN
        Q_FaultCode := 3;
        Q_FaultMsg := '下限位触发（卷筒钢丝绳不足3圈）';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障4：热继电器过载
    IF "FR_OL" = FALSE THEN
        Q_FaultCode := 4;
        Q_FaultMsg := '电机过载保护（热继电器动作）';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障5：超载
    IF I_Overload_Latch THEN
        Q_FaultCode := 5;
        Q_FaultMsg := '超载限制器动作（负载＞110%）';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障6：KM1/KM2同时吸合（接触器粘连）
    IF I_KM1_UP AND I_KM2_DN THEN
        Q_FaultCode := 6;
        Q_FaultMsg := '严重故障：高低速接触器同时吸合';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 故障7：接触器反馈异常（输出命令与反馈不符）
    IF ("KM1_UP" = TRUE AND I_KM1_UP = FALSE) OR
       ("KM2_DN" = TRUE AND I_KM2_DN = FALSE) THEN
        Q_FaultCode := 7;
        Q_FaultMsg := '接触器响应异常（可能卡死/线圈烧毁）';
        vFaultCount := vFaultCount + 1;
    END_IF;
    
    // 如果有任何故障，驱动报警输出
    IF vFaultCount > 0 THEN
        Q_Alarm_Output := TRUE;
    END_IF;
    
    // === 运行时累计 ===
    Q_TotalRunHours := I_RunHours + 
        (TIME_TO_REAL(TIME_NOW() - "Start_Time")) / 3600000.0;
    
END_FUNCTION

四、HMI监控画面与通信配置

4.1 HMI变量表与画面规划

4.2 PROFINET通信配置（博途组态）

// 设备组态网络参数
// 1. S7-1200 CPU 1212C
//    IP: 192.168.0.10
//    子网掩码: 255.255.255.0
//    PROFINET设备名: plc-hoist-01

// 2. KTP400 Basic HMI
//    IP: 192.168.0.20
//    子网掩码: 255.255.255.0
//    设备名: hmi-hoist-01

// 3. HMI连接配置（在HMI组态中设置）
//    连接类型: PROFINET (S7-1200)
//    HMI设备: HMI_1 [192.168.0.20]
//    控制器: plc-hoist-01 [192.168.0.10]
//    访问点: S7ONLINE
//    子网: PN/IE_1

// 4. HMI变量连接示例（PLC tag → HMI tag）
//    "DB1".FaultCode        →  "FaultCode"  (Int, 采集周期500ms)
//    "DB1".Load_Current     →  "CurrentLoad"(Real, 采集周期200ms)
//    "DB1".Status_Running   →  "IsRunning"  (Bool, 采集周期100ms)

五、程序下载与调试

5.1 下载步骤

// 下载流程（TIA Portal V17）
// 1. 编译全项目（Project → Build → Rebuild All）
//    确保"0 errors, 0 warnings"
// 2. 选择目标设备（Select target device）
//    在线访问 → 检测到PLC → 分配IP 192.168.0.10
// 3. 下载硬件组态（Download HW config）
//    将自动重启PLC（约15秒）
// 4. 下载软件程序（Download SW）
//    选择"Download all blocks" → 覆盖现有程序
// 5. 在线监控（Go online）
//    点击"眼镜"图标进入在线监控模式
//    观察梯形图绿色通路是否按预期导通
// 6. 强制变量（Force table）—— 调试用
//    可以在不实际按钮操作的情况下强制改变DI状态
//    例如强制%I0.0=1模拟上升按钮按下
//    注意：调试完成后务必清除所有强制值

5.2 调试检查清单

Часто задаваемые вопросы