S7-300在牙輪鉆機(jī)通信中應(yīng)用

王 勐， 郭金庫， 孫喜慶， 陳 軍

0 引 言

我國牙輪鉆機(jī)系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)指針儀表和操作按鈕相結(jié)合的方式控制的，牙輪鉆機(jī)的主要部件由回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和加壓提升系統(tǒng)組成。牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過鉆桿，對鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩把巖石破碎。牙輪鉆機(jī)作為復(fù)雜的集成系統(tǒng)，設(shè)備一旦發(fā)生故障，檢修人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障。文中對S7-300在牙輪鉆機(jī)的通信中進(jìn)行應(yīng)用研究，通過SI-P1通訊卡實(shí)現(xiàn)了S7-300和安川G7變頻器的通訊，從而能夠及時(shí)地找出故障，發(fā)現(xiàn)潛在故障和實(shí)際存在的故障，定位故障，指導(dǎo)維護(hù)人員及時(shí)維護(hù)設(shè)備，降低維修成本［1－2］，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)硬件組成主要由通信卡、可編程邏輯控制器和觸摸屏構(gòu)成。通信卡安裝在回轉(zhuǎn)電機(jī)和提升電機(jī)兩臺變頻器上，負(fù)責(zé)采集回轉(zhuǎn)、提升電機(jī)的電壓、電流、頻率等相關(guān)電氣參數(shù)，可編程邏輯控制器主要負(fù)責(zé)與通信卡、觸摸屏PROFIBUS現(xiàn)場總線通信工作，控制器與通信卡完成數(shù)據(jù)采集提取工作，把采集到的各種電氣信號交由觸摸屏進(jìn)一步分析、處理［3－4］。

系統(tǒng)的硬件組態(tài)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件組態(tài)圖

在安川變頻器端加裝了兩臺SI-P1智能中央處理通信卡，并為各自分配了不同的通信地址，其中，提升電機(jī)的站地址為3，回轉(zhuǎn)電機(jī)的站地址為4。在與PLC進(jìn)行組態(tài)的時(shí)候，采用了不同的地址段，對變頻器的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行讀取，然后送到上位機(jī)上進(jìn)行顯示。

1.2 人機(jī)交互界面

上位機(jī)顯示界面如圖2和圖3所示。

圖2 牙輪鉆機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)

圖3 提升電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

系統(tǒng)軟件主要由安裝在觸摸屏上的Access和Wincc flexible組態(tài)軟件構(gòu)成，Access數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲記錄系統(tǒng)各種電氣信號。Wincc flexible組態(tài)軟件負(fù)責(zé)前臺顯示工作，組態(tài)軟件的使用，減少了編程時(shí)間，縮短開發(fā)周期。

1.3 系統(tǒng)的硬件連接圖

系統(tǒng)的硬件連接圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的硬件連接圖

東鞍山鐵礦采用的是安川G7110kW的變頻器，為了采集電機(jī)的數(shù)據(jù)對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，選擇了帶有PROFIBUS總線的智能中央處理單元，同時(shí)，采用了西門子公司的S7-300大型工業(yè)級PLC作為與智能中央處理單元的連接器，在安川變頻器端，加裝了兩臺SI-P1智能中央處理通信卡，實(shí)現(xiàn)了變頻器與中央處理單元的通信。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 流程圖

使用MEMOBUS信息時(shí)，同步信號交換方法的流程圖如圖5所示。

SI-P1卡備有3種輸入、輸出數(shù)據(jù)長度（Extended data1＝32字節(jié)，Extended data2＝12字節(jié)，Basic data＝6字節(jié)）可供選擇。這里選用Extended data1，其前15個(gè)字節(jié)為高速I／O數(shù)據(jù)區(qū)域，可以直接和變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而后15個(gè)字節(jié)為MEMOBUS信息區(qū)域，該區(qū)域使用MEMOBUS信息使變頻器進(jìn)行通訊。該區(qū)域的數(shù)據(jù)經(jīng)SI-P1卡接收后進(jìn)行編輯，然后再傳送給變頻器，所以至回信的時(shí)間較長［5－9］。為此，需要在主站側(cè)通過建立同步交換取得同步。

圖5 流程圖

2.2 字節(jié)地址對照表

字節(jié)地址對照表見表1。

表1 變頻器→PROFIBUS-DP主站

2.3 PLC部分程序

PLC部分程序如圖6所示。

圖6 PLC部分程序

3 結(jié) 語

PLC具有功能豐富、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，目前已成為工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化控制中不可缺少的部分，為提高現(xiàn)代化自動(dòng)化生產(chǎn)水平，提高科技含量都提供了很好的控制平臺，同時(shí)在各領(lǐng)域中都體現(xiàn)出其優(yōu)勢。尤其在環(huán)境惡劣的情況下，依然能保持著穩(wěn)定的工作狀態(tài)，在長期的工作和實(shí)踐過程中提供了優(yōu)質(zhì)的控制系統(tǒng)。S7-300PLC有相當(dāng)高的性價(jià)比，通過通訊方式將S7-300PLC和安川G7變頻器聯(lián)系在一起，應(yīng)用于牙輪鉆機(jī)系統(tǒng)中，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障及潛在故障，改變了以往故障排除難的狀況。相信此方案在牙輪鉆機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)得到更加充分的發(fā)揮和拓展。

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