摘要：本文主要以津巴布韋卡里巴南岸水電站250t橋式起重機為研究對象，通過軟硬件的設(shè)計，開發(fā)了橋機PROFIBUS-DP總線控制系統(tǒng)，從而簡化整個電氣系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，為今后起重機械電氣技術(shù)的發(fā)展起到了拋磚引玉的作用。

1引言

津巴布韋卡里巴南岸水電站廠房內(nèi)需設(shè)計制造兩臺250t/50t/10t單小車橋式起重機（以下簡稱橋機），主要用于廠房內(nèi)水輪發(fā)電機定轉(zhuǎn)子及其它設(shè)備的安裝和檢修，水輪發(fā)電機組起吊最重部件為轉(zhuǎn)子帶起吊軸。轉(zhuǎn)子裝配（含起吊軸）重量約403.5t，需兩臺橋機進(jìn)行同步抬吊（見下圖1）。抬吊時，兩橋機起升及大小車均需保持同步，所以，系統(tǒng)控制比較復(fù)雜。為此，通過開發(fā)橋機PROFIBUS-DP總線控制系統(tǒng)，可大大簡化整個電氣系統(tǒng)的線路，從而保證其控制的精度及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

圖1250t/50t/10t橋式起重機抬吊三維圖

2電氣系統(tǒng)的設(shè)計

橋機的電氣系統(tǒng)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)，快速查詢設(shè)備故障，使整機具有良好的人機對話界面和高品質(zhì)的信息處理功能。而PLC作為橋機的整個控制系統(tǒng)的核心，通過PLC來采集各種信號，運用PLC內(nèi)部的虛擬觸點來實現(xiàn)整機各機構(gòu)的時序邏輯控制，可大大減少電氣系統(tǒng)的硬件故障，提高了系統(tǒng)控制的可靠性。而變頻器實現(xiàn)了所有傳動機構(gòu)啟制動的平穩(wěn)性，減少鋼結(jié)構(gòu)的沖擊。整個電氣系統(tǒng)（見下圖2所示）分為：供電系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、小車系統(tǒng)、大車系統(tǒng)、通訊及照明系統(tǒng)等幾個部分。其中起升和大小車系統(tǒng)分別采用了安川變頻器H1000和A1000，并通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與西門子PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

圖2橋機電氣系統(tǒng)圖

2.1供電系統(tǒng)

橋機供電采用安全滑觸線供電，電源為三相四線制交流380V，50Hz?？刂齐娫从煽刂谱儔浩鱐2提供AC220V的電源。小車饋電裝置采用電纜滑車。總電源設(shè)有主隔離刀開關(guān)QS100，能切斷橋機的所有電源，為安全檢修提供了一個明顯的斷開點，并設(shè)有斷路器QF100作短路保護(hù)，一般情況下QF100不動作，由主接觸器KM10來開合動力回路。QF100中附有分勵脫扣線圈，由司機室聯(lián)動臺上、電源控制柜上及遙控裝置上的急停按鈕來控制，只有在總接觸器因某種原因無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。

2.2起升機構(gòu)

起升機構(gòu)由主起升和副起升兩套機構(gòu)組成，分別由一臺YZPFM315M2-8C，55kW和YZPFM315S2-8C，30kW變頻電機驅(qū)動，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(diào)速，閉環(huán)控制。

主起升速度：

80t＜Q≤250t時0.1～1.0m/min

Q≤80t時0.1～3.5m/min

副起升速度：

15t＜Q≤50t時0.3～3.0m/min

Q≤15t時0.3～10m/min

主副起升均采用主令控制器控制，有擋位無級調(diào)速方式，每種工況上下各五擋，各擋對應(yīng)的速度均可在PLC內(nèi)任意設(shè)定。

2.3小車運行機構(gòu)

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

運行速度：0.3～20m/min，采用主令控制器控制，有擋位無級調(diào)速，速度分為前后各五擋，各擋對應(yīng)的速度均可在PLC內(nèi)任意設(shè)定。

2.4大車運行機構(gòu)

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

運行速度：0.5～25m/min，采用主令控制器控制，有擋位無級調(diào)速，速度分為左右各五擋，各擋對應(yīng)的速度均可在PLC內(nèi)任意設(shè)定。

2.5通訊系統(tǒng)

2.5.1硬件系統(tǒng)的設(shè)計

PROFIBUS是由西門子公司開發(fā)的一個工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于過程的分布式控制。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，這種精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸速率為9.6kbps~12Mbps，特別適合PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備之間的通訊。為此，本橋機采用了PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)控制方式，具體見圖3所示。整個PROFIBUS-DP通訊系統(tǒng)由一個主站七個從站組成，主站為機房PLC,采用了西門子S7-300PLC(CPU-2DP),自帶DP接口，它通過PROFIBUS-DP總線分別與主起升變頻器、副起升變頻器、小車變頻器、大車變頻器、小車位置檢測編碼器、起升位置檢測編碼器及司機室PLC7個從站相連接，其中主站PLC的CPU為6ES7315-2AH14-0AB0,變頻器通過內(nèi)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ET200M通訊模塊接入DP總線。

圖3橋機PROFIBUS-DP硬件系統(tǒng)圖

2.5.2軟件設(shè)計

由于本橋機PLC系統(tǒng)采用了西門子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(shù)據(jù)長度Extendeddata1—32字節(jié)、Extendeddata2—12字節(jié)、Basicdata—6字節(jié)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DP總線及時地傳輸給機房主站PLC,主站PLC又通過總線傳給司機室PLC,司機室觸摸屏從司機室PLC取數(shù)據(jù)，從而能及時讀出各機構(gòu)的運行數(shù)據(jù)，相反，司機室的操作命令通過總線讀到主站PLC,再由主站PLC將命令發(fā)送給各變頻器。具體見下圖5所示：

圖5主起升變頻器速度給定

3結(jié)束語

該系統(tǒng)經(jīng)過工廠調(diào)試后，成功實現(xiàn)了橋機通訊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，各機構(gòu)運行穩(wěn)定（見圖6），并很好地實現(xiàn)了并車抬吊的要求，各項指標(biāo)符合要求，深受用戶的好評。

圖6工廠調(diào)試