摘? 要: 簡述了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的PLC的特點，并詳細介紹了組合移動式鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計以及所完成的功能。

　　關(guān)鍵詞: 鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)? PLC? PROFIBUS現(xiàn)場總線

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　　清華大學核研院繼研制成功固定式(TCF-SCAN)和車載移動式(TCM-SCAN)鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)之后，又成功研制了組合移動式(TCR-SCAN)鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)。組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)將輻射源、探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成移動探測架——移動門架，在地面鋪設(shè)的導軌上移動，整套系統(tǒng)可安裝在可拆裝式或永久性的建筑物中。它取消了集裝箱運輸卡車拖動系統(tǒng)，從而更加經(jīng)濟便捷。組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)為了能適應可拆裝性，并能工作在條件相對惡劣的陸路邊境口岸，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性有更高的要求。

　　PROFIBUS現(xiàn)場總線是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特)，在很多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應用。因此，在組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)中采用基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的西門子公司PLC產(chǎn)品設(shè)計其控制系統(tǒng)。

1 PLC簡介

　　可編程邏輯控制器(PLC)是二十世紀八十年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備。由于控制對象的復雜性、使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計上有自己明顯的特點:可靠性高、適應性廣、具有通信功能、編程方便、結(jié)構(gòu)模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應用極為廣泛。

　　德國西門子公司的SIMATIC S7-200系列和S7-300系列PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、指令集豐富、運算速度快、易于掌握、操作便捷、內(nèi)置集成功能豐富、實時性好、通訊能力強、擴展模塊豐富等優(yōu)點，適用于許多場合的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)利用γ射線與物質(zhì)相互作用的原理對大型集裝箱進行不開箱檢查，是打擊走私和防止恐怖活動的有力武器。從移動式鈷-60工業(yè)γ照相機輻射源發(fā)射出的γ射線束穿過被檢測物體后，進入陣列探測器轉(zhuǎn)化為與射線強度成正比的電信號，經(jīng)過信號放大，并進行A/D變換后送到數(shù)據(jù)采集機，得到被檢測物體的二維投影圖像。再把得到的被檢測物體圖像傳送到圖像服務器和圖像檢查系統(tǒng)，由海關(guān)檢查人員對圖像進行分析處理。

　　組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)與固定式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)最大的區(qū)別是被檢查集裝箱不動，通過安裝有整套輻射檢測裝置的移動門架在導軌上運動完成檢查過程。整個控制系統(tǒng)如圖1所示，可以分為以下幾個主要部分:①移動門架，安裝有陣列探測器及空調(diào)保溫系統(tǒng);②數(shù)據(jù)采集柜，安裝有前放電路、A/D變換電路等電子學系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集機;③輻射源室，有輻射源、快門、安全聯(lián)鎖機構(gòu);④門架控制柜;⑤就地控制臺;⑥主控臺，作為集裝箱檢查系統(tǒng)的主操作臺，安裝有操作按鈕與指示燈，并有一臺工控機做系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備。

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　　完成控制功能的PLC分別安裝在主控臺與門架控制柜中。主控臺安裝有一個S7-300系列的S7-315-2DP作為主站，帶有3個S7-200系列的S7-215-DP和1個PP17，共4個從站。其中PP17是西門子公司新推出的一款帶按鈕與指示燈的模塊，設(shè)計緊湊，把CPU、按鈕、指示燈集成在一起作為S7-315的一個從站，省去了外圍開關(guān)按鈕、指示燈的安裝與大量的接線，同時提高了可靠性與穩(wěn)定性，主控臺的所有操作都通過它來完成。其它3個S7-215-DP從站分別為:①采集機控制單元，增加了3個模擬信號采集模塊，完成圖像數(shù)據(jù)采集啟停控制與環(huán)境溫度、輻射劑量的采集;②起點控制單元，完成起點的道桿、指示燈的控制;③終點控制單元，完成終點道桿、指示燈的控制。門架控制柜安裝有一個S7-300系列的S7-315-2DP作為主站，帶有2個S7-215-DP作為從站，分別為源室控制單元和門架運動控制單元。源室控制單元完成快門的開啟與關(guān)閉和實現(xiàn)安全聯(lián)鎖控制，門架運動控制單元完成移動門架的運動控制。

　　所有PLC之間的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，S7-315-2DP與S7-215-DP之間通過PROFIBUS現(xiàn)場總線相連進行通訊，主站與從站PLC的通訊是通過映象完成的，主站分配的映象地址與從站分配的對應數(shù)據(jù)區(qū)進行數(shù)據(jù)交互。2個S7-315-2DP之間通過MPI網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊，MPI網(wǎng)絡(luò)都是主站，不分主/從站，實現(xiàn)點對點通訊。MPI主站之間的通訊是通過全局數(shù)據(jù)區(qū)實現(xiàn)的，所以全局數(shù)據(jù)區(qū)的建立與維護是相當重要的。MPI網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互通過全局數(shù)據(jù)區(qū)來完成，系統(tǒng)開機后自動運行并能夠動態(tài)刷新數(shù)據(jù)，不受對方主站狀態(tài)(如開/關(guān))的影響。

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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與功能

　　控制系統(tǒng)作為組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)的重要組成部分之一，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的運作，并保證整個集裝箱檢查系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運行。使用S7系列PLC的編程軟件STEP7 可以在WINDOWS環(huán)境下進行軟件設(shè)計，該編程環(huán)境還提供了PID控制、定時中斷、外部事件中斷、增量編碼器計數(shù)器和高速脈沖輸出等功能，可以完成各種控制要求。PLC程序采用模塊化編程方式，程序由不同子模塊構(gòu)成，各子模塊獨立完成各自功能，互不干擾，因而程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改與調(diào)試。組合移動式鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)通過軟件設(shè)計完成如下主要功能:

　　·可以手動方式或自動方式運行:在自動方式運行時，系統(tǒng)自動完成整個集裝箱檢查流程，實現(xiàn)雙向檢查。

　　·數(shù)據(jù)采集機控制:完成采集機的自檢、校零和集裝箱圖像采集的啟停。

　　·移動門架的控制:完成門架的啟動、加速、減速、停止等運動過程，保證集裝箱檢查過程的順利進行。

　　·起點控制:當有集裝箱卡車進入時，自動打開起點道桿和保護門;卡車通過后，自動關(guān)閉起點道桿和保護門，防止人員進入檢查現(xiàn)場。

　　·終點控制:當集裝箱檢查過程結(jié)束時，自動打開終點道桿和保護門，讓卡車離開檢查現(xiàn)場;卡車離開后終點道桿和保護門自動關(guān)閉。

　　·安全聯(lián)鎖控制:當現(xiàn)場有緊急情況時，如在集裝箱檢查的過程中有人員誤入現(xiàn)場或系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動關(guān)閉快門，移動門架停止運動，中斷檢查過程，保證人員和設(shè)備的安全。

　　·現(xiàn)場指示燈控制:在集裝箱檢查過程中有各種指示燈顯示和聲光報警，包括快門指示燈、射線開指示燈等。

　　組合移動式鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用西門子公司的SIMATIC WinCC組態(tài)軟件作為控制系統(tǒng)的人機交互界面，運行在主控臺的工控機上。WinCC為基于 Windows 95/NT操作系統(tǒng)的開放型全圖形化人機操作界面，具有組態(tài)方便、操作簡單、開放性良好等特點，是一個強大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡單的過程監(jiān)控應用，也可以用來完成復雜的應用。在任何情況下，WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。組合移動式鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件完成如下功能:

　　· 以動畫形式實時顯示集裝箱檢查過程。

　　· 顯示輻射源的工作狀態(tài)與檢查現(xiàn)場輻射劑量等環(huán)境情況。

　　· 動態(tài)反映集裝箱檢查設(shè)備的運行狀態(tài)與運行參數(shù)。

　　· 故障報警、顯示與記錄功能。

　　· 系統(tǒng)運行參數(shù)的記錄，形成歷史記錄文檔，并進行用戶報表輸出。

　　· 數(shù)據(jù)圖表打印功能。

　　第一套組合移動式鈷-60集裝箱檢查系統(tǒng)于2000年9月份開始在新疆霍爾果斯口岸進行現(xiàn)場安裝調(diào)試，并于2000年10月10日投入試運行。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，已成功檢測幾百輛出口集裝箱貨車，海關(guān)對圖像效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性表示滿意。

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參考文獻

1 向新程，周立業(yè)，劉以思，王立強.60Co集裝箱檢測系統(tǒng)(TC-SCAN)控制系統(tǒng)的設(shè)計.第9界全國核電子學與核探測技術(shù)學術(shù)年會論文集，1997

2 陽憲惠，徐用懋，魏慶福.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用.北京:清華大學出版社，1999