機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計

韓 俊

(太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院，山西 太原 030024)

0 引 言

機(jī)械電子式軟起動裝置是降低帶式輸送機(jī)起動及停車過程中動載荷的有效途徑之一，通過控制帶式輸送機(jī)起停時的加、減速度，保證系統(tǒng)的可靠平穩(wěn)運行，提高設(shè)備的運行效率。

1 機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的組成

機(jī)械電子式軟起動裝置由機(jī)械傳動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩部分組成，如圖1所示。機(jī)械傳動系統(tǒng)由主電機(jī)、調(diào)速電機(jī)和差動輪系等構(gòu)成，控制系統(tǒng)由計算機(jī)、可編程序控制器、變頻器等組成。軟起動裝置在工作時，通過變頻器與可編程控制器對調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使行星架的轉(zhuǎn)速保持為零，主電機(jī)實現(xiàn)空載起動；逐步降低調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，使主電機(jī)逐步將動力施加在與輸出軸相連的負(fù)載上，從而實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的軟起動；通過主電機(jī)與調(diào)速電機(jī)在差動行星齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)的速度合成，使系統(tǒng)在相當(dāng)大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，并能夠長期穩(wěn)定工作在低速的狀態(tài)下[1]。

圖1 機(jī)械電子式軟起動裝置系統(tǒng)框圖

2 機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 可編程控制器的選型

設(shè)計機(jī)械電子式軟起動裝置的控制系統(tǒng)時，采用PLC兩級控制系統(tǒng)，首要的控制目標(biāo)是確保系統(tǒng)工作安全可靠，能長期穩(wěn)定運行，因此，控制系統(tǒng)以可靠性作為控制目標(biāo)，設(shè)計時要優(yōu)先考慮其通訊能力，然后根據(jù)被控對象的工藝要求及I/O系統(tǒng)考慮具體配置問題。

在眾多滿足系統(tǒng)工藝控制要求的PLC中，根據(jù)工程投資，選擇性價比高的PLC。通過對可編程控制器各功能及參數(shù)的綜合考慮權(quán)衡，設(shè)計用西門子SIMAT?IC S7-200可編程控制器，選用西門子CPU226型號6ES7 216-2BD 0XB0），可滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。

S7-200能支持32位Windows 98和Windows NT使用環(huán)境。系統(tǒng)利用計算機(jī)的RS-232口與PLC（可編程控制器）的RS-485口進(jìn)行通信，來自S7-200的信息能顯示在任何Windows應(yīng)用程序中，信息也能從Win?dows應(yīng)用程序下裝到S7-200中[2]。

2.2 變頻器的選型

變頻器用于對調(diào)速電動機(jī)提供變頻電源，以便對其進(jìn)行無級調(diào)速，以實現(xiàn)軟起動、軟停車、無級調(diào)速及過載自動保護(hù)功能。在系統(tǒng)設(shè)計過程中選用LG SV

008 iG5-4變頻器，

變頻器可使用操作面板控制，也可使用端子控制，也可使用RS485通訊接口對其遠(yuǎn)程控制，在本系統(tǒng)中采用RS485進(jìn)行控制。LG SV 008 iG5-4變頻器可以選擇兩種通訊方式，一個是LG變頻器專用協(xié)議，另一種是MODBUS-RTU方式?？紤]到通訊的復(fù)雜性與難易程度，在系統(tǒng)設(shè)計中采用LG變頻器專用協(xié)議與西門子S7-200 PLC自由口通訊協(xié)議相結(jié)合的方式。

2.3 電機(jī)的選型

根據(jù)負(fù)載的大小與控制系統(tǒng)的工藝要求，選定電氣傳動的形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。即選擇主電機(jī)和調(diào)速電機(jī)的型號

1）對于主電機(jī)I，由于已知輸入功率為11kW，輸入轉(zhuǎn)速為1 460 r/min，故選用Y160M-4型電動機(jī)。

2）對于調(diào)速電機(jī)II，由于輸入功率為3 kW，調(diào)速轉(zhuǎn)速為3 690 r/min，故選用Y100L-2型電動機(jī)。

2.4PLC資源配置

確定I/O點數(shù)是可編程控制器設(shè)計的關(guān)鍵問題，估算出被控對象的I/O點數(shù)后，就可選擇點數(shù)相當(dāng)?shù)目删幊炭刂破?，選擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有10%~15%的I/O余量。

由于整個系統(tǒng)涉及的基本都是開關(guān)量，且數(shù)量不是很多，所以選用西門子S7-200系列PLC CPU 226作為機(jī)械電子式軟起動裝置的控制單元，整個系統(tǒng)的資源配置，如表1所示。

在確定了機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)中PLC的端子分配后，便可以確定控制系統(tǒng)接線圖，如圖2所示。

表1 PLC資源配置表

圖2 機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的端子接線圖

3 機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 程序說明

主程序MAIN包括機(jī)械電子式軟起動裝置系統(tǒng)的自動控制、手動控制和急停，軟起軟停的程序，是程序的主體。主體程序是參照控制過程流程設(shè)計的。主要完成輸入、輸出動作，同時在主程序中對各條指令的狀態(tài)器進(jìn)行初始化，也對存儲器要發(fā)送的指令初始化。

各子程序?qū)崿F(xiàn)的功能分別為：SBR0為變頻器發(fā)送緩沖區(qū)賦初值，SBR1調(diào)速電機(jī)按S曲線加速達(dá)到要求，SBR2調(diào)速電機(jī)按S曲線減速達(dá)到要求，SBR3調(diào)速電機(jī)停止。

3.2 通訊方式

在機(jī)械電子式軟起動裝置的控制系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)的設(shè)計采用將S7-200PLC連接LG SV 008 iG5-4變頻器，通過PLC與變頻器的通訊來實現(xiàn)對調(diào)速電機(jī)啟動過程的控制。采用自由口通信協(xié)議方式，將通信口設(shè)定為9 600 bit，無奇偶校驗，每個字符8位，1個停止位。PC/PCI電纜上帶有RS-232與RS-485電平轉(zhuǎn)換器，設(shè)置PC/PCI電纜上的DIP開關(guān)。

4 結(jié)束語

對機(jī)械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該系統(tǒng)以PLC為核心，能夠準(zhǔn)確完成設(shè)定的控制任務(wù)，通過控制兩臺電機(jī)的分時啟動與自動切換，能實現(xiàn)按給定的加、減速度對負(fù)載進(jìn)行啟動和停車；應(yīng)用差動傳動與變頻調(diào)速技術(shù)，通過主電機(jī)與調(diào)速電機(jī)在差動輪系的速度合成，可使機(jī)械電子式軟起動裝置能夠在相當(dāng)大的范圍內(nèi)無級調(diào)速，能夠可靠和穩(wěn)定的工作在低速狀態(tài)下；實現(xiàn)了計算機(jī)與S7-200PLC程序之間的下載,S7-200PLC與變頻器之間的自由口通訊。實踐證明，控制方案可行，控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定，實現(xiàn)了控制的效果。

[1] 周滿山.行星機(jī)構(gòu)軟起動的研究[J].煤礦自動化，1999（1）：53-56.

[2] 陳延康.機(jī)械控制工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003:23-30.

[3] 胡學(xué)林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003:85-208.