淺談PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在橋式起重機地應用

淺談PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在橋式起重機的應用單位：攀鋼冷軋廠維點車間吊車點檢組姓名：陳川{摘要}：本文敘述了吊車改造所涉及的西門子PLC315-2DP通過PROFIBUS-DP邏輯控制、將ET200M從站、ACC800變頻器（起升）、ACS800變頻器（平移）、運行狀態(tài)及故障顯示的TP170B彩色觸摸屏構成傳動控制系統(tǒng)的應用實例。{關鍵詞}：PLC變頻器觸摸屏PROFIBUS-DP前言由于攀鋼冷軋廠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以繼電控制和變轉差率調速的吊車已逐漸不能滿足企業(yè)使用頻率高故障時間低的要求了。攀鋼冷軋廠對很多重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)吊車都進行了系統(tǒng)改造。PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線主要用于現(xiàn)場級的主從通信，實現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)與分布式I/O及其他現(xiàn)場設備之間的通信控制，ABB公司的ACS、ACC系列變頻器由于其優(yōu)異的性能，在起重機行業(yè)得到大量應用，該系統(tǒng)自動化程度高、穩(wěn)定性好、運行可靠，有極大的推廣應用價值。系統(tǒng)構成吊車改造后電控系統(tǒng)由PLC邏輯控制系統(tǒng)、TP170B狀態(tài)及故障顯示系統(tǒng)、各主要機構的變頻控制設備組成。吊車的操作維持原有操作聯(lián)動臺的原理和方式，通過ET200M遠程I/O，控制信號由PROFIBUS總線與PLC通訊，同時采集外圍檢測元件的狀態(tài)，經(jīng)PLC編譯的程序對變頻器和其它裝置發(fā)送相應操作指令。TP170B觸摸屏安裝在司機室，通過同一根PROFIBUS總線監(jiān)控吊車運行狀態(tài)及對各機構的實行控制功能。硬件組態(tài)如圖：一、吊車設備的組成及分布橋式起重機載重量為32/5噸，5個運行機構雙梁箱體式結構，大車由四臺電機驅動，主、副小車均可移動。其PLC（主站）控制柜1個、電源控制屏1面、主卷控制屏1面、副卷控制屏1面、大車控制屏2面、主小車控制屏1面、副小車控制屏1面安裝在司機室對側箱體內，ET200M（從站）1個、聯(lián)動臺1套、觸摸屏1個、鉤頭控制箱1個安裝在司機室內。1、PLCPLC主站由CPU和16點數(shù)字輸入模塊、16點數(shù)字數(shù)字輸出模塊，從站由ET200M及16點數(shù)字數(shù)字輸入模塊、16點數(shù)字輸出模塊主要完成所有邏輯控制及狀態(tài)的判斷和故障狀態(tài)的傳輸和控制信號的采集、輸出。主站通過PROFIBUS-DP總線和司機室的從站及TP170B通訊。2、TP170BTP170B彩色觸摸屏作為1個簡易的HMI監(jiān)控平臺，主要顯示吊車運行狀態(tài)，如外部極限、聯(lián)動臺檔位、運行速度、變頻器運行狀態(tài)、故障復位及控制吊車總電源和各變頻器電源的啟停。3、司機室I/O控制箱在司機室配置ET200M一套，主要完成聯(lián)動臺各機構的檔位和必要的指示燈、按鈕等的信號采集并傳輸。各機構變頻控制設備：起升機構變頻器采用ACC800專用提升機應用宏控制，起升制動器由變頻器直接提供控制。走行機構采用ACS800標準應用宏控制，走行制動器PLC直接控制，走行機構由兩臺變頻采用V/F主從控制，同時每臺變頻器拖動兩臺電機。各運行機構速度分4級，不同機構速度由PLC根據(jù)聯(lián)動臺檔位給出相應的控制字及給定值完成對變頻器速度的控制。二、主要電氣控制裝置選型及特點PLC（主站）CPU6ES7315-2AG10-0AB01塊DI6ES7321-1BH02-0AA06塊DO6ES7322-1BH01-0AA02塊以上均為西門子產(chǎn)品，其可靠性高，功能強大，抗干擾能力強，維修工作量小。CPU自帶PROFIBUS-DP接口可直接建立DP網(wǎng)絡。變頻器主卷變頻器ACC800-04-0260-31臺副卷變頻器ACC800-01-0040-31臺大車變頻器ACS800-01-0100-32臺主小車變頻器ACS800-01-0300-31臺副小車變頻器ACS800-01-0006-31臺適配器模塊RPBA-015塊通訊模塊RDCO-034塊脈沖編碼器模塊RTAC-012塊ABB采用獨特的直接轉矩控制DTC方式，動態(tài)響應時間快。ACC系列是專門為起重機設計的，采用帶編碼器的閉環(huán)控制，它有一個專門控制制動器的標準提升應用宏，用于位能性負載。它可以做到打開制動器時電機以零速保持著重物，然后根據(jù)裝置內設定的加、減速曲線加速到給定值，調速裝置在接到制動器閉合確認信號后，還要檢測速度信號，當速度信號為零時，經(jīng)過延時，調速裝置才停止輸出，解決了溜鉤問題。ACS系列其力矩階躍上升時間小于5ms，采用開環(huán)控制，能迅速滿轉矩啟動，主要用于平移機構。大車通過光纖接口模塊RDCO-03實現(xiàn)主從控制。電動機主卷電機YP2315M--8MC75KW1臺副卷電機YP2180L--8MC11KW1臺大車電機YP2200L1--618.5KW4臺主小車電機YP2160L--611KW1臺副小車電機YP2132S--62.2KW1臺各運行機構采用變頻調速三相異步電動機，電機自帶強制冷風機，避免長時間低頻運行時過熱。ET200M從站及170B觸摸屏DP從站6ES7153-1AA03-0XB01塊DI6ES7321-1BH02-0AA06塊DO6ES7322-1BH01-0AA02塊觸摸屏6AV6545-0BC15-2AX01塊以上均為西門子產(chǎn)品，通訊較為方便。ET200M從站的數(shù)字量模塊便于備件的統(tǒng)一，TP170B彩色觸摸屏體積較小，價格便宜，便于安裝在司機室?？赏ㄟ^PROTOOL軟件制作顯示畫面。三、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與現(xiàn)場設備的通訊由于運行機構有類同以下對起升機構的主卷及平移機構的大車進行說明。1、主卷變頻器在PROFIBUS-DP總線上的通訊A、安裝ABB變頻器GSD文件ABB_0812.GSD；B、在系統(tǒng)PROFIBUS-DP硬件配置中添加從站ABBDrivesRPBA-01，站號為5（或其它站號）,插入PPOTypeModule為3；如分配地址為2AX80-91，其控制字為QW80，實際給定值為QW82。C、在5號從站的參數(shù)設置中，將OperationMode改為VendorSpecific（即ABB傳動協(xié)議）；D、設置99組參數(shù)(99.02=CRANE99.04=DTC)完成電機標準辨識E、變頻器其它組主要參數(shù)設置：14.01=BRAKELIFT制動器控制27.01=ON制動斬波器控制有效27.06=ASGENERATOR電機處于反送電時，斬波器工作。51.01=PROFIBUSDP51.02=5站地址64.01=FALSE模式FIELDBUS69.01=740r/min對應電機100%速度92.01=1041組04電機電流92.02=1091組09電機電壓98.01=RTAC-SLOT298.02=FIELDBUSF、控制字及實際給定值RPBA-01在通訊協(xié)議為VendorSpecific模式下的控制字說明：如圖：（主要運用于ACC提升機應用宏，論文中用于起升機構）位號信號范圍說明0=Bit0,LSBCOMTESTREC“1”“0”通訊檢測接收位1DRIVEON1=有效來自現(xiàn)場總線PLC系統(tǒng)的DRIVEON2HIGHSPEED1=有效選擇高速（功率優(yōu)化）3STARTOVR1=有效在FIELDBUS模式中來自上位系統(tǒng)啟動信號4RAMPHOLD1=有效積分保持信號5SEARATE1=有效獨立控制選擇信號（M/F控制）6TORQCTRLSEL1=有效轉矩控制選擇信號7LOADMEASSEL1=有效負載測量選擇8RESETOVR0→1來自上位系統(tǒng)的復位信號9FASTSTOP11=有效快速停車類型110FASTSTOP111=有效快速停車類型1111PGMSYNC0→1位置測量的編程同步12HWSYNCINHIBIT1=有效硬件同步禁止13RESETSYNCREADY1=有效同步復位準備好14USERMACROCHANG0=USER1用戶宏12改變請求15ENABLEFBCTRL1=有效在操作桿模式允許FIELDBUS控制由于ACC變頻器是提升機應用宏，在FIELDBUS模式下使用RPBA-01通訊模塊，變頻器內部參數(shù)設定為ABBDRIVE只能在VendorSpecific模式下通訊，其通訊協(xié)議無法改變。因此必須按照其數(shù)據(jù)集對控制字和狀態(tài)字編寫，表中BIT0通過使用一個“觸發(fā)位”來維持監(jiān)測通訊，可以通過對相應位的定義組成一個控制字。如選擇PPO類型為3（2個字假設為QW80-QW83），先給表中QB81的BIT0每個掃描周期一個觸發(fā)信號，完成通訊檢測接收，否則將產(chǎn)生MASOSCFLT的傳動故障。同時變頻器啟動時Q81.1來自現(xiàn)場總線PLC系統(tǒng)的DRIVEON和Q81.3在FIELDBUS模式中來自上位系統(tǒng)啟動信號為1，復位時Q80.0給一個上升沿觸發(fā)信號，啟動時將0—16384（整數(shù)）附值給QW82后，變頻器正轉。改變方向時將-16384—0附值給QW82。當Q81.1和Q81.3為0狀態(tài)QW82附值為0這時變頻器停止，定義Q80.1、Q80.2可實現(xiàn)停車的類型。在實際給定值中整數(shù)16384為100%額定轉速，可在前面加“-”號代表反方向運行。一級速度：額定速度的10%；二級速度：額定速度的25%；三級速度：額定速度的50%；四級速度：額定速度的100%。2、大車變頻器在PROFIBUS-DP總線上的通訊A、大車采用RDCO-DDCS光纖通訊模塊，利用CH2通道實現(xiàn)主/從連接。B、由于大車電機與減速器為聯(lián)軸器方式的鋼性連接，因此主機采用速度控制，從機采用轉矩控制。C、大車每臺變頻器拖動兩電機，電機控制模式為SCALAR，因單臺電機運行時的電流與變頻器額定電流無法比較，需增設空開或熱繼電器保護。D、設置99組參數(shù)(99.02=FACTORY99.04=SCALAR)，在系統(tǒng)PROFIBUS-DP硬件配置中站地址為6，其OperationMode為PROFIDRIVE既通訊協(xié)議為GENERIC模式。RPBA-01在通訊協(xié)議為GENERIC模式下的控制字說明：如圖：（主要運用于ACS標準應用宏，論文中用于走行機構）位名稱值進入狀態(tài)/說明0ON1進入READYTOOPRATEOFF10緊急斷開，慣性自由停車1OFF21連續(xù)工作（OFF2無效）0緊急斷開，按選定的減速斜坡停車2OFF31連續(xù)工作（OFF3無效）0緊急停機，以最快減速模式停機3OPERATION-ENABLE1進入ENABLEOPERATION0禁止運行。進入OPERATIONINHIBIT4PAMP-OUT-ZERO1正常操作，進入ENABLEOUTPUT0根據(jù)選定的停機方式停機5PAMP-HOLD1正常操作，進入ENABLEACCELERATOR0停止按斜坡曲線運行6PAMP-IN-ZERO1正常操作，進入OPERATING0強制斜坡函數(shù)發(fā)生器輸入為07RESET0→1故障復位0正常操作8INCHING-1點動19INCHING-2點動210REMOTE-CMD1允許現(xiàn)場總線控制0控制字和給定值不為零保留前一個控制字和給定值11-15取決于傳動單元在GENERIC模式下通訊，需要使用EXIT1作為有效控制地，參數(shù)98.07選擇為GENERIC協(xié)議。如選擇PPO類型為3（2個字假設為QW80-QW83），先將W#16#777附值給QW80和0附值給QW82后，再將W#16#77F附值給QW80和0—16384（整數(shù)）附值給QW82后，變頻器正轉。改變方向時將-16384—0附值給QW82。E、變頻器其它組主要參數(shù)設置及說明：主機主要參數(shù)：*10.01=COMM.CW現(xiàn)場總線控制*10.02=COMM.CW現(xiàn)場總線控制*10.03=REQUEST允許用戶定義轉向*11.02=COMM.CW現(xiàn)場總線控制*11.03=COMM.REF現(xiàn)場總線控制*16.01=COMM.CW現(xiàn)場總線控制*16.04=COMM.CW現(xiàn)場總線控制51.01=PROFIBUSDP51.01=6總線地址60.01=MASTER主站模式*60.07=202主機送往從機的速度信號給定*60.08=213主機送往從機的轉矩信號給定98.02=FIELDBUS激活通訊從機變頻器參數(shù)設置及說明60.01=FOLLOWER從站模式60.02=ADD采用帶速度限幅的恒轉矩控制模式60.03=YES啟用視窗功能60.04=5正偏移轉速60.05=5負偏移轉速11.06=COMM.REF轉矩控制模式下給定選30.18=FAULT啟動通訊故障報警功能30.19=1給定丟失時間選擇主機參數(shù)前有“*”的參數(shù)，在從機設置相同參數(shù)。3、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與ET200M的通訊將主站PLC的DP接口用連接器通過PROFIBUS總線連接到IM153的九針接口。設定從站地址為3，如更改地址必須從新上電才能生效。四、PLC邏輯的主要內容1、電源及上下車聯(lián)系邏輯聯(lián)動臺右臺吊車啟動停止按鈕作為各變頻控制機構主回路控制的操作信號；當主電源合閘，吊車允許運行，啟動吊車有效。上下車聯(lián)系邏輯是為了安全檢修和上下大車設置的，按下請求上車按鈕，聯(lián)系合綠燈閃爍；司機室司機按下允許上車時，聯(lián)系合綠燈亮蜂鳴器短聲；司機室拒絕后，綠燈滅，蜂鳴器長聲；上車結束按鈕按下或門關上后延時10秒后綠燈滅；門開后或允許上車后大車禁止運行。TP170B通訊程序PLC和TP170B以及ET200M通訊中斷后，自動緊急停車；停車順序為停止變頻器運行-抱閘-停車（變頻器主回路接觸器分開）；PLC停止運行，所有輸出為0事故停車：變頻器裝置控制電源被切斷或變頻器故障，立即制動。起升機構控制要求重錘極限：重錘極限動作時，制動器立即制動。上升預極限：上升預極限動作時，只能以一檔速度上升。超速開關：超速開關動作時，變頻器停車制動，制動器立即制動?？撮T狗繼電輸出：當變頻