基于總線控制的變頻器在斗輪堆取料機(jī)控制中的應(yīng)用

才媛媛

【摘 要】采用Altivar 71變頻器在斗輪堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動中進(jìn)行變頻調(diào)速， 整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)， 無震動，可提高整機(jī)結(jié)構(gòu)安全可靠性， 延長行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命，使故障及檢修率下降， 同時改變傳統(tǒng)控制方式，系統(tǒng)采用Profibus-DP總線控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制水平大大提高。

【關(guān)鍵詞】 斗輪堆取料機(jī)；總線；變頻器

前言

斗輪堆取料機(jī)是一種可使用在各種自然環(huán)境（高寒地區(qū)、沙漠地帶、濕熱帶雷暴和海洋氣體腐蝕的環(huán)境）下，并能夠連續(xù)、高效工作的散狀物料挖掘、堆取的大型工業(yè)裝備，它對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。國際上有代表性的斗輪機(jī)制造廠商主要有德國的KRUPP公司、英國的S.H公司、意大利的IT公司、日本的石川島播磨公司和美國的MW公司等。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，斗輪機(jī)的作業(yè)能力、作業(yè)效率、工作可靠性和環(huán)境適應(yīng)性都提高到一個嶄新水平。目前，國際先進(jìn)水平的斗輪機(jī)已實現(xiàn)在惡劣自然條件下全自動操作。

由于斗輪堆取料機(jī)是重型機(jī)械設(shè)備，其行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動臺車組根據(jù)機(jī)型及整機(jī)的輪壓載荷配置有4 臺驅(qū)動、6 臺驅(qū)動至更多臺驅(qū)動； 運(yùn)行時慣性較大，當(dāng)大車啟?；蜃兯贂r，整機(jī)震動較大，影響整機(jī)的結(jié)構(gòu)安全及行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命，故障率高，需要經(jīng)常進(jìn)行檢修和維護(hù)。

1 初期的斗輪機(jī)行走控制系統(tǒng)

斗輪堆取料機(jī)是大型散狀物料裝卸設(shè)備， 其大車行走機(jī)構(gòu)以往采用雙速電動機(jī)驅(qū)動， 工作速度為7m/min， 調(diào)車速度30 m/min。雙速電動機(jī)是4/16 極， 接線方式為Y/YY。雙速電動機(jī)是利用改變定子繞組的接線方式以改變其極對數(shù)的方法變速。改變極對數(shù)分別由不同的接觸器控制完成， 控制線路復(fù)雜。由于斗輪堆取料機(jī)是大型設(shè)備， 運(yùn)行時慣性較大， 當(dāng)大車啟?；蜃兯贂r， 整機(jī)震動較大， 影響整機(jī)的結(jié)構(gòu)安全及行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命。故障率高， 需要經(jīng)常進(jìn)行檢修和維護(hù)。

在PLC、變頻器和軟啟停器等應(yīng)用于斗輪機(jī)控制系統(tǒng)中后，使斗輪機(jī)的工作平穩(wěn)性得到了較大提高。斗輪堆取料機(jī)的大車行走機(jī)構(gòu)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)了大車機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)啟動與制動，通過變頻技術(shù)減小啟動與制動過程中對設(shè)備的沖擊。提高了整機(jī)結(jié)構(gòu)安全可靠性，延長減速機(jī)主要零部件的使用壽命。使故障及檢修率下降，系統(tǒng)的控制水平得到了提高。

2 斗輪堆取料機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計

斗輪堆取料機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，根據(jù)堆取料機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征與控制精度的要求，采用SIEMENS公司的S7 300系列可編程序控制器，主機(jī)采用CPU315-2PN/DP，提供一個PROFIBUS DP接口。

變頻調(diào)速系統(tǒng)采用施耐德公司的Altivar 71變頻器。

變頻器、人機(jī)界面、傳感器等復(fù)雜的現(xiàn)場裝置，通過獨(dú)立的Profibus-DP接口直接連接到現(xiàn)場總線上。PLC通過DP總線采集變頻器的狀態(tài)信息，然后在程序中進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并通過PLC發(fā)出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)給變頻器，從而通過總線系統(tǒng)去控制變頻器的運(yùn)行。

網(wǎng)絡(luò)附件：各種總線電纜、電源電纜、連接現(xiàn)場輸入/輸出裝置的電纜接插件、總線T型接頭、電源T型接頭、終端電阻等、Profibus-DP通訊卡VW3A3307。

3 變頻器參數(shù)的設(shè)置

1 、VW3A3307的外命令通道的設(shè)置

通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對變頻器的啟動、停止和速度給定的控制，需要對命令通道的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。通過通訊給定速度：在變頻器的1.6命令菜單里，當(dāng)變頻器插上通訊卡后，給定通道的選項里會新增一項選項：通信卡。在本應(yīng)用中需要通過Profibus-DP通訊給定速度，則將給定通道選擇為“通信卡”。

2、讀寫參數(shù)的設(shè)置

在變頻器的“1.9通信”菜單里，前兩個子菜單分別是COM.SCANNER INPUT和COM.SCANNER OUTPUT。通過對這兩個子菜單的設(shè)置，我們可以實現(xiàn)變頻器和PLC之間的數(shù)據(jù)交換。這里INPUT和OUTPUT是從PLC的角度去看的！對于變頻器，INPUT是它要發(fā)送給PLC的數(shù)據(jù)，OUTPUT是它接收的來自PLC的數(shù)據(jù)。

3、變頻器總線地址的設(shè)置

在總線上通過地址（編碼為0至126之間）來識別Altivar 71。地址與對應(yīng)于通信卡上右側(cè)7個開關(guān)的位置0（上/OFF）或1（下/ON）給出的二進(jìn)制數(shù)相對應(yīng)。

4 軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計

（1）項目硬件組態(tài)

通過STEP 7編程軟件對斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行組態(tài)。在項目中插入相應(yīng)的可編程序控制器的硬件結(jié)構(gòu)。在編程前需要將變頻器的GSD文件導(dǎo)入到PLC中去，如圖三所示。GSD導(dǎo)入后就可以組態(tài)一套完整的硬件控制系統(tǒng)。

（2）項目程序開發(fā)

完成了硬件組態(tài)，就可以為可編程模板生成軟件，選擇編程語言，完成程序邏輯。Altivar 71同S7300通訊可以直接尋址方式，應(yīng)用到的變頻器控制字和狀態(tài)字如下所示：

ETA=16#0637正向運(yùn)行達(dá)到給定的速度

ETA=16#8637反向運(yùn)行達(dá)到給定的速度

ETA=16#0237正向運(yùn)行加/減速過程中

ETA=16#8237反向運(yùn)行加/減速過程中

CMD=16#0080 變頻器故障復(fù)位

CMD=16#0006 無故障后將變頻器由NST狀態(tài)切換到RDY狀態(tài)

CMD=16#000F 正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號

CMD=16#080F 反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號

CMD=16#0007 快速停車信號

CMD=16#010F按變頻參數(shù)設(shè)定的停車方式停

ATV71 的控制字地址為8501（參數(shù)默認(rèn)）

ATV71 的轉(zhuǎn)速給定字地址為8602（參數(shù)默認(rèn)）

ATV71 的頻率給定字地址為8502

ATV71 的狀態(tài)字地址為3201（參數(shù)默認(rèn)）

ATV71 的轉(zhuǎn)速返回字地址為8604（參數(shù)默認(rèn)）

ATV71 的頻率返回字地址為3202

ATV71 的故障代碼地址為8606

4結(jié)論

采用變頻器在斗輪堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動中進(jìn)行變頻調(diào)速， 整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)， 無震動?？商岣哒Y(jié)構(gòu)安全可靠性， 延長行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命。降低了故障及檢修率。采用具有DP通訊功能的Altivar 71變頻器提高了系統(tǒng)的控制水平，使系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)更快，性能更加優(yōu)越。