基于profibus的提升機自動化系統(tǒng)的設(shè)計
安連祥，程樂，申功
（河北工業(yè)大學(xué)電氣與自動化學(xué)院，天津300130）
摘 要：針對煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中提升機效率低，生產(chǎn)安全性不高，控制方式繁瑣，調(diào)速性能差等現(xiàn)狀，以礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)的研發(fā)和現(xiàn)場應(yīng)用為背景，利用目前比較成熟的矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)，采用兩套西門子s7-300plc，以及6se70變頻器和上位機，利用profibus dp實現(xiàn)它們之間的通訊：設(shè)計了礦井提升機自動化控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)提升機節(jié)能變頻調(diào)速的目的。現(xiàn)場運行結(jié)果表明，profibus dp能將提升機系統(tǒng)中分散的設(shè)備進行集中管理，通訊穩(wěn)定且數(shù)據(jù)傳輸率高，較大程度提高了生產(chǎn)效率，改善了工作環(huán)境，達到了節(jié)能的目的。
關(guān)鍵詞：礦井；提升機；變頻調(diào)速；通訊；profibus dp
中圖分類號：tp 27 文獻標(biāo)識碼：a
1引言
采礦是一個工作環(huán)境相對惡劣的特殊行業(yè)，而且對生產(chǎn)的安全性要求很高。煤礦井下控制網(wǎng)絡(luò)具有負(fù)荷不均勻、信息流向不對稱、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化大、信息速率跨度大、對實時性和可靠性要求苛刻等特點。高實時性可以保證控制信號的及時響應(yīng)和緊急故障的及時處理，對于提高生產(chǎn)效率和安全性至關(guān)重要。隨著煤礦自動化水平的提高以及在生產(chǎn)方面的越來越多的投入，煤礦井下大都安裝了以profibus直線為主的自動化控制系統(tǒng)。
profibus dp總線上的設(shè)備包括主站和從站。在煤礦提升機系統(tǒng)中，使用profibus dp現(xiàn)場總線可以將系統(tǒng)中各臺分散的設(shè)備進行集中管理，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采用主從式系統(tǒng)配置完成數(shù)據(jù)通信，主站和從站均采用西門子公司生產(chǎn)的plc s7-300，通過profibus現(xiàn)場總線實現(xiàn)相互之間的通訊以及與上位機之間的連接。
2 profibuss通訊系統(tǒng)的構(gòu)建
礦井提升機的變頻調(diào)速系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)，如圖1所示。
應(yīng)用profibus-dp現(xiàn)場總線技術(shù)，使控制系統(tǒng)簡化、維護方便，提高控制精度及安全可靠性。上位機、主plc、副plc，主傳動沒備6se70信號系統(tǒng)通過profibus現(xiàn)場總線構(gòu)成局域網(wǎng)，并且可以與地面生產(chǎn)凋整或全礦集中控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊。
該通信系統(tǒng)為采用profibus總線的單主多從系統(tǒng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)的保護plc作為主站，變頻調(diào)速系統(tǒng)和et200m作為prohbus總線的從站，主從站點間通過一條profibus-dp總線傳輸信息，上位機通過串口讀取主控plc數(shù)據(jù)，使得提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)接人profibus網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。
3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1) plc控制系統(tǒng)的設(shè)計在本控制系統(tǒng)中采用了西門子兩套s7-300pl．c構(gòu)成雙plc系統(tǒng)，實現(xiàn)雙線制”控制和安全保護。關(guān)鍵電路如安全電路，減速同路等均采用軟硬件冗余設(shè)計和多樣化設(shè)計。
2)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計在提升機系統(tǒng)的應(yīng)用中，變頻器主要進行恒加速變頻調(diào)速啟動，恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等變頻調(diào)速=變頻調(diào)速是通過改變輸入電源頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，可以很好地滿足提升機的恒加速和恒減速無極調(diào)速的要求，所以，采用變頻器后，電機可以實現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。變頻調(diào)速降低了轉(zhuǎn)差率，提高了功率因素，可以恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)能效果。另一方面，變頻器還可以通過軟件很方便地修改一些參數(shù)，如輸出轉(zhuǎn)矩、加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。變頻器還可以通過端子排控制對行程進行多段速度控制：
6se70變頻器控制電路由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等，控制方重大故障如等速超速，減速超速，過卷等故障均采用軟硬件冗余設(shè)計，并具有二重或三重保護。
主plc包括主機架、電源模塊、cpu模塊(cpu一314c)、高速計數(shù)器模塊、模擬量i/o模塊、數(shù)字量i/o模塊等：對整個系統(tǒng)的工作進行控制和管理，其中，主要包括對液壓站 |
