退火窯傳動機構控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)

1、    退火窯傳動機構控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)    李海波+賈海軍+付俊峰摘 要：本文介紹了主傳動在浮法玻璃退火窯的作用，并通過退火窯主傳動系統(tǒng)設計方案對硬件、軟件的選型、參數(shù)設置、程序編制進行了說明。關鍵詞：退火窯；主傳動；變頻器；同步電機；主從切換；觸摸屏；plc；mm440；profibus；dp通訊主傳動是退火窯的核心，其在整條浮法生產線中的作用也是至關緊要的：一旦主傳動停止運行，整條浮法線的生產將中斷。因此，在退火窯主傳動設計時要充分考慮它的可靠性和連續(xù)性。系統(tǒng)設計方案：為保證主傳動的安全運行，在設計上采用了兩套獨立的變速傳動系統(tǒng)。它們由一套pl

2、c和觸摸屏組成的自動控制系統(tǒng)進行綜合管理。正常運行情況下，由plc進行控制：主傳動站以操作人員設定的線速度帶動輥子運轉，從傳動站以設定速度的95%運轉。在主傳動站發(fā)生故障時，plc將設定的速度傳給從傳動站，使其以原主傳動站的速度繼續(xù)拖動棍子旋轉，同時發(fā)出警報提示，等待維修人員處理。在plc控制系統(tǒng)故障時，可以轉入手動控制：在需要對傳動站進行切換時，操作人員在變頻器操作鍵盤上將從傳動站速度升高至設定速度，然后降低原主傳動站的速度即可。1、硬件選型：1.1產品選型從系統(tǒng)可靠性、調速的精確性以及成本等多方面考慮，我們選擇了西門子tp177a觸摸屏+s7 313c-2dp的plc+2臺mm440變頻器

3、+2臺三相永磁同步電動機來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。在wincc flexible環(huán)境下編制完程序并調試無誤后，經(jīng)下載、重新上電啟動，tp177a觸摸屏連帶程序就可長時間穩(wěn)定運行。s7 313c-2dp plc含有兩個通訊端口和集成的i/o端子，即可滿足系統(tǒng)要求，又降低了系統(tǒng)的成本。我們選用了2臺37kw的mm440變頻器：其具有高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、創(chuàng)新的bico功能以及無可比擬的靈活性。同步電機的特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉子的轉速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關系n=ns=60f/p，ns成為同步轉速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數(shù)，而與負載的大小

4、無關。當變頻器拖動同步電機時，同步電機將則以變頻器輸出的頻率穩(wěn)定運行，不存在轉差頻率，提高了系統(tǒng)調速的精確性。1.2組件連接在s7 313c-2dp plc的 cpu模塊上集成有mpi/dp和dp接口，mpi/dp接口安裝的dp頭為雙端口的dp接頭，可在系統(tǒng)工作的同時上載、下傳plc程序和觸摸屏程序，方便了系統(tǒng)調試和以后的維護。dp接口通過dp頭和兩個變頻器的dp通訊卡進行連接，實現(xiàn)plc和變頻器之間使用profibus-dp協(xié)議的通訊。mm440有六個數(shù)字量輸入點，這里只用了兩個：一個用于自動/手動切換，一個用于啟動/停止切換。mm440變頻器有兩個數(shù)字量輸出點，用于變頻器運行、故障信號的反

5、饋。每個輸出點通過中間繼電器擴展為兩個常開輸出點，一個和控制柜上的信號燈串聯(lián)連接，用于指示傳動站和變頻器的實時狀態(tài)；另一個和plc輸入點連接，用做主從切換判斷的依據(jù)。2、軟件編制及實現(xiàn)在軟件編制上，主要包括觸摸屏程序編制、plc程序編制、變頻器參數(shù)設置三大塊。其中plc程序的編制在三者中是核心。2.1 plc程序編制根據(jù)系統(tǒng)的設計，plc將完成以下三個功能：線速度到變頻器給定頻率轉化、變頻器和plc的通訊、主從切換。變頻器與plc的通訊采用周期性通訊的ppo1報文格式，這種報文格式由4個字的pkw（參數(shù)數(shù)值區(qū)）和2個字的pzd（過程數(shù)值區(qū)）。參數(shù)數(shù)值區(qū)用于修改和讀取變頻器的參數(shù)，過程數(shù)據(jù)區(qū)第一

6、個pzd字用于啟動、停止、復位變頻器，第二個字用于修改和讀取變頻器的輸出頻率。在編程時，建立一個共享的數(shù)據(jù)塊db1，然后在數(shù)據(jù)塊內插入?yún)?shù)pzd1_w、pzd1_r、pzd2_w、pzd2_r四個字分別用于主從變頻器輸出頻率的修改和讀取。在編程時，使用sfc14（讀取參數(shù)）和sfc15（修改參數(shù)）。當主變頻器運行停止時，從變頻器要能夠立即切換到100%設定頻率輸出。為了實現(xiàn)上述功能，這里需要將每個變頻器故障信號（常開）、運行信號（常開）取反后進行或邏輯運算作為停止標志位。如果主變頻器停止標志位為1，則將設定速度直接輸送從變頻器，讓從變頻器帶動棍子以原速度旋轉。原主變頻器發(fā)出停車報警信號等待處理

7、。如果從變頻器故障，主變頻器仍以設定頻率輸出。2.2變頻器設置變頻器的啟動/停止、自動/手動切換由變頻柜上的兩個切換開關來實現(xiàn)。這樣不僅可以簡化plc編程，還可實現(xiàn)故障復位后捕捉再啟動。為了防止因干擾等原因引起的誤報警導致變頻器停機，設置變頻器故障后自動復位一次，如果故障依然存在，則停機；如果故障消除則執(zhí)行自動捕捉再啟動。plc和變頻器之間的通訊采用周期性報文通訊格式ppo1，當意外原因導致通信中斷后，因變頻器沒有得到輸出頻率的具體參數(shù)，將不輸出電壓、電流，最終導致電機停止運行。這種情況是我們不愿意見到的。為了防止這種情況的發(fā)生，在p20000內輸入70（通訊中斷報警號），p200010輸入0

8、（對于通訊中斷不采取任何措施，變頻器將繼續(xù)以通訊中斷前的狀態(tài)進行工作）。因系統(tǒng)涉及到自動和手動轉化，將用到西門子變頻器特有的bico技術。將一個切換旋鈕和一個輸入端子i1進行硬件連接，此端子作為自動手動切換使用（端子功能碼99）。端子狀態(tài)送入p821進行參數(shù)命令組切換。當i1斷開時，表示手動，采用手動的參數(shù)組，輸出頻率由鍵盤給定；當i1接通時，表示自動，頻率給定由plc給定。2.3觸摸屏畫面設置新建變量：首先在wincc flexible內新建若干外部變量；這些變量包括1#、2#變頻器主從狀態(tài)、1#、2#變頻器運行狀態(tài)、主電機線速度給定、主從變頻器給定頻率、主從變頻器輸出頻率等，并將這些變量和plc內變量存儲地址對應起來。創(chuàng)建畫面：在新打開的畫面內雙擊對象選項板上的“io域”，隨后在畫面內出現(xiàn)一個io域，并立即打開io域組態(tài)對話框。在對話框內單擊變量標簽選擇“主電機線速度給定”建立io域和這個變量的連接。隨后將主從變頻器給定頻率、主從變頻器輸出頻率等變量和io域進行連接。激活系統(tǒng)：將畫面創(chuàng)建完后，下載到觸摸屏并重新上電