基于PROFIBUS-DP總線(xiàn)控制的橋式起重機電氣系統的研制

圖1250t/50t/10t橋式起重機抬吊三維圖

一、電氣系統的設計

橋機的電氣系統采用了目前國際上先進(jìn)的“HMI+PLC+變頻器”三級控制方式，其中HMI（人機界面）主要便于司機及維修人員掌握整機運行狀態(tài)，快速查詢(xún)設備故障，使整機具有良好的人機對話(huà)界面和高品質(zhì)的信息處理功能。而PLC作為橋機的整個(gè)控制系統的核心，通過(guò)PLC來(lái)采集各種信號，運用PLC內部的虛擬觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現整機各機構的時(shí)序邏輯控制，可大大減少電氣系統的硬件故障，提高了系統控制的可靠性。而變頻器實(shí)現了所有傳動(dòng)機構啟制動(dòng)的平穩性，減少鋼結構的沖擊。整個(gè)電氣系統（見(jiàn)下圖2所示）分為：供電系統、起升系統、小車(chē)系統、大車(chē)系統、通訊及照明系統等幾個(gè)部分。其中起升和大小車(chē)系統分別采用了安川變頻器H1000和A1000，并通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)與西門(mén)子PLC實(shí)現數據通訊。

圖2橋機電氣系統圖

1.1 供電系統

橋機供電采用安全滑觸線(xiàn)供電，電源為三相四線(xiàn)制交流380V，50Hz?？刂齐娫从煽刂谱儔浩鱐2提供AC220V的電源。小車(chē)饋電裝置采用電纜滑車(chē)?？傠娫丛O有主隔離刀開(kāi)關(guān)QS100，能切斷橋機的所有電源，為安全檢修提供了一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，并設有斷路器QF100作短路保護，一般情況下QF100不動(dòng)作，由主接觸器KM10來(lái)開(kāi)合動(dòng)力回路。QF100中附有分勵脫扣線(xiàn)圈，由司機室聯(lián)動(dòng)臺上、電源控制柜上及遙控裝置上的急停按鈕來(lái)控制，只有在總接觸器因某種原因無(wú)法正常切斷電源回路的緊急情況下，才偶然使用一下分勵脫扣裝置。

1.2 起升機構

起升機構由主起升和副起升兩套機構組成，分別由一臺YZPFM315M2-8C，55kW和YZPFM315S2-8C，30kW變頻電機驅動(dòng)，并分別采用具有矢量控制技術(shù)的安川H1000變頻器CIMR-HB4A0260和CIMR-HB4A0150調速，閉環(huán)控制。

主起升速度：

80t＜Q≤250t時(shí)0.1～1.0m/min

Q≤80t時(shí)0.1～3.5m/min

副起升速度：

15t＜Q≤50t時(shí)0.3～3.0m/min

Q≤15t時(shí)0.3～10m/min

主副起升均采用主令控制器控制，有擋位無(wú)級調速方式，每種工況上下各五擋，各擋對應的速度均可在PLC內任意設定。

1.3小車(chē)運行機構

小車(chē)運行機構由兩臺YZPFE132M-4，7.5kW變頻電機驅動(dòng)，采用具有矢量控制技術(shù)的安川A1000變頻器CIMR-AB4A0072傳動(dòng)，閉環(huán)控制。

運行速度：0.3～20m/min，采用主令控制器控制，有擋位無(wú)級調速，速度分為前后各五擋，各擋對應的速度均可在PLC內任意設定。

1.4大車(chē)運行機構

大車(chē)運行機構由四臺YZPFE132M-4，7.5kW變頻電機驅動(dòng)，采用具有矢量控制技術(shù)的安川A1000變頻器CIMR-AB4A0165傳動(dòng)，閉環(huán)控制。

運行速度：0.5～25m/min，采用主令控制器控制，有擋位無(wú)級調速，速度分為左右各五擋，各擋對應的速度均可在PLC內任意設定。

1.5通訊系統

1.5.1硬件系統的設計

PROFIBUS是由西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)工業(yè)控制系統的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，主要用于過(guò)程的分布式控制。PROFIBUS家族包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS,其中PROFIBUS-DP使用了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的第一層和第二層，這種精簡(jiǎn)的結構保證了數據的高速傳輸，傳輸速率為9.6kbps~12Mbps，特別適合PLC與現場(chǎng)I/O設備之間的通訊。為此，本橋機采用了PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )控制方式，具體見(jiàn)圖3所示。整個(gè)PROFIBUS-DP通訊系統由一個(gè)主站七個(gè)從站組成，主站為機房PLC,采用了西門(mén)子S7-300PLC(CPU-2DP),自帶DP接口，它通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)分別與主起升變頻器、副起升變頻器、小車(chē)變頻器、大車(chē)變頻器、小車(chē)位置檢測編碼器、起升位置檢測編碼器及司機室PLC7個(gè)從站相連接，其中主站PLC的CPU為6ES7315-2AH14-0AB0,變頻器通過(guò)內置SI-P3接口卡接入PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò )，編碼器采用帶DP接口和協(xié)議的P+F產(chǎn)品PVM58,司機室PLC從站是通過(guò)ET200M通訊模塊接入DP總線(xiàn)。

圖3 橋機PROFIBUS-DP硬件系統圖

1.5.2軟件設計

由于本橋機PLC系統采用了西門(mén)子S7-300,為此采用了編程軟件STEP7V5.5,在硬件組態(tài)前首先必須在安川公司(YASGAWA)的網(wǎng)站中下載文件名為YASKOACF．GSD文件，并在STEP7中安裝成功，同樣也需要安裝P+F編碼器PVM58的GSD文件。這樣安裝GSD文件后，在右邊的硬件目錄PROFIBUSDP—AdditionalFieldDevices—Drives—SI-P3PROFIBUS-DPINTERFACECARD和PROFIBUSDP—AdditionalFieldDevices—Encoders—PEPPERL+FUCHS—P+FEncoder，從而將安川變頻器和P+F編碼器接入了DP網(wǎng)絡(luò )，以此完成了橋機PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )的硬件組態(tài)，見(jiàn)下圖4所示：

圖4 橋機PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )硬件組態(tài)

安川變頻器DP通訊卡SI-P3常用三種輸入輸出數據長(cháng)度Extendeddata1—32字節、Extendeddata2—12字節、Basicdata—6字節可供選擇，本次編程采用了Basicdata方式，將變頻器運行的速度和電流通過(guò)DP總線(xiàn)及時(shí)地傳輸給機房主站PLC,主站PLC又通過(guò)總線(xiàn)傳給司機室PLC,司機室觸摸屏從司機室PLC取數據，從而能及時(shí)讀出各機構的運行數據，相反，司機室的操作命令通過(guò)總線(xiàn)讀到主站PLC,再由主站PLC將命令發(fā)送給各變頻器。具體見(jiàn)下圖5所示：

圖5 主起升變頻器速度給定

二、結束語(yǔ)

該系統經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)調試后，成功實(shí)現了橋機通訊系統的數據交換，各機構運行穩定（見(jiàn)圖6），并很好地實(shí)現了并車(chē)抬吊的要求，各項指標符合要求，深受用戶(hù)的好評。