基于总线控制的变频器在斗轮堆取料机控制中的应用

【摘 要】采用Altivar 71变频器在斗轮堆取料机行走机构驱动中进行变频调速， 整机运行平稳， 无震动，可提高整机结构安全可靠性， 延长行走减速机主要零部件的使用寿命，使故障及检修率下降， 同时改变传统控制方式，系统采用Profibus-DP总线控制系统。系统的控制水平大大提高。

【关键词】 斗轮堆取料机；总线；变频器

前言

斗轮堆取料机是一种可使用在各种自然环境（高寒地区、沙漠地带、湿热带雷暴和海洋气体腐蚀的环境）下，并能够连续、高效工作的散状物料挖掘、堆取的大型工业装备，它对国民经济的发展起到了积极的促进作用。国际上有代表性的斗轮机制造厂商主要有德国的KRUPP公司、英国的S.H公司、意大利的IT公司、日本的石川岛播磨公司和美国的MW公司等。随着机电一体化技术的发展，斗轮机的作业能力、作业效率、工作可靠性和环境适应性都提高到一个崭新水平。目前，国际先进水平的斗轮机已实现在恶劣自然条件下全自动操作。

由于斗轮堆取料机是重型机械设备，其行走机构驱动台车组根据机型及整机的轮压载荷配置有4 台驱动、6 台驱动至更多台驱动； 运行时惯性较大，当大车启停或变速时，整机震动较大，影响整机的结构安全及行走减速机主要零部件的使用寿命，故障率高，需要经常进行检修和维护。

1 初期的斗轮机行走控制系统

斗轮堆取料机是大型散状物料装卸设备， 其大车行走机构以往采用双速电动机驱动， 工作速度为7m/min， 调车速度30 m/min。双速电动机是4/16 极， 接线方式为Y/YY。双速电动机是利用改变定子绕组的接线方式以改变其极对数的方法变速。改变极对数分别由不同的接触器控制完成， 控制线路复杂。由于斗轮堆取料机是大型设备， 运行时惯性较大， 当大车启停或变速时， 整机震动较大， 影响整机的结构安全及行走减速机主要零部件的使用寿命。故障率高， 需要经常进行检修和维护。

在PLC、变频器和软启停器等应用于斗轮机控制系统中后，使斗轮机的工作平稳性得到了较大提高。斗轮堆取料机的大车行走机构中应用变频调速技术，实现了大车机构的平稳启动与制动，通过变频技术减小启动与制动过程中对设备的冲击。提高了整机结构安全可靠性，延长减速机主要零部件的使用寿命。使故障及检修率下降，系统的控制水平得到了提高。

2 斗轮堆取料机的硬件系统设计

斗轮堆取料机的电气控制系统中，根据堆取料机控制系统结构特征与控制精度的要求，采用SIEMENS公司的S7 300系列可编程序控制器，主机采用CPU315-2PN/DP，提供一个PROFIBUS DP接口。

变频调速系统采用施耐德公司的Altivar 71变频器。

变频器、人机界面、传感器等复杂的现场装置，通过独立的Profibus-DP接口直接连接到现场总线上。PLC通过DP总线采集变频器的状态信息，然后在程序中进行逻辑运算处理，并通过PLC发出相应的控制数据给变频器，从而通过总线系统去控制变频器的运行。

网络附件：各种总线电缆、电源电缆、连接现场输入/输出装置的电缆接插件、总线T型接头、电源T型接头、终端电阻等、Profibus-DP通讯卡VW3A3307。

3 变频器参数的设置

1 、VW3A3307的外命令通道的设置

通过Profibus-DP网络实现对变频器的启动、停止和速度给定的控制，需要对命令通道的相关参数进行设置。通过通讯给定速度：在变频器的1.6命令菜单里，当变频器插上通讯卡后，给定通道的选项里会新增一项选项：通信卡。在本应用中需要通过Profibus-DP通讯给定速度，则将给定通道选择为“通信卡”。

2、读写参数的设置

在变频器的“1.9通信”菜单里，前两个子菜单分别是COM.SCANNER INPUT和COM.SCANNER OUTPUT。通过对这两个子菜单的设置，我们可以实现变频器和PLC之间的数据交换。这里INPUT和OUTPUT是从PLC的角度去看的！对于变频器，INPUT是它要发送给PLC的数据，OUTPUT是它接收的来自PLC的数据。

3、变频器总线地址的设置

在总线上通过地址（编码为0至126之间）来识别Altivar 71。地址与对应于通信卡上右侧7个开关的位置0（上/OFF）或1（下/ON）给出的二进制数相对应。

4 软件控制系统的设计

（1）项目硬件组态

通过STEP 7编程软件对斗轮堆取料机控制系统的硬件配置进行组态。在项目中插入相应的可编程序控制器的硬件结构。在编程前需要将变频器的GSD文件导入到PLC中去，如图三所示。GSD导入后就可以组态一套完整的硬件控制系统。

（2）项目程序开发

完成了硬件组态，就可以为可编程模板生成软件，选择编程语言，完成程序逻辑。Altivar 71同S7300通讯可以直接寻址方式，应用到的变频器控制字和状态字如下所示：

ETA=16#0637正向运行达到给定的速度

ETA=16#8637反向运行达到给定的速度

ETA=16#0237正向运行加/减速过程中

ETA=16#8237反向运行加/减速过程中

CMD=16#0080 变频器故障复位

CMD=16#0006 无故障后将变频器由NST状态切换到RDY状态

CMD=16#000F 正转运行信号

CMD=16#080F 反转运行信号

CMD=16#0007 快速停车信号

CMD=16#010F按变频参数设定的停车方式停

ATV71 的控制字地址为8501（参数默认）

ATV71 的转速给定字地址为8602（参数默认）

ATV71 的频率给定字地址为8502

ATV71 的状态字地址为3201（参数默认）

ATV71 的转速返回字地址为8604（参数默认）

ATV71 的频率返回字地址为3202

ATV71 的故障代码地址为8606

4结论

采用变频器在斗轮堆取料机行走机构驱动中进行变频调速， 整机运行平稳， 无震动。可提高整结构安全可靠性， 延长行走减速机主要零部件的使用寿命。降低了故障及检修率。采用具有DP通讯功能的Altivar 71变频器提高了系统的控制水平，使系统传输数据更快，性能更加优越。

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