SPLC的提升机变频调速系统设计方案.docVIP

2008年山东省“金蓝领”维修电工高级技师论文 PLC在提升机变频调速 系统中的应用 著者姓名： X X X 著者单位：山东煤炭技术学院 日期：2008年11月7日PLC在提升机变频调速系统中的应用 摘要：现代交流调速技术因其优越的性能和日益成熟的技术将在包括矿井提升机在内的电力传动系统中普及。根据安全可靠和运行速度平滑原则，提出了基于双PLC控制结构的矿井提升机变频调速系统，对PLC、变频器及制动单元作了设计说明，并给出S曲线速度产生方法和系统软件设计流程图。该系统投入后，运行正常，达到设计目的。系统设计具有通用性，对矿井提升机交流调速系统设计具有参考价值。 [关键词] 双PLC控制 变频调速 矿井提升机 TP27触摸屏 通用性 1 概述目前国内矿井提升机交流调速系统已采用单片机及PLC控制，但许多老矿井仍沿用TKD-A继电器、接触器式等有触点器件，系统可靠性差且硬件复杂。TKD-A系统采用的是交流电机转子串电阻调速方式，其速度控制不够平滑，而且在减速阶段和重物下放需要切断电机主回路，用动力制动来使电动机按照设计曲线减速。为适应矿井提升机自动化和高性能运行的需求，对某矿副井提升机进行改造。基于安全、可靠和高效原则设计了“S7-300+变频器+制动单元+TP27”的系统结构。图1为系统的结构图。操作台控制变频器主回路接触器，给出PLC部分提升方向以及提升速度等信号。操作台还控制润滑油泵、制动油泵等设备的外围信号。 PLC部分接受操作台、变频器反馈、轴编码器、井筒信号等信号，产生变频器运行信号，给定变频器速度，并与液压站部分相配合，在停车点抱闸停车。此外PLC部分还实时监视系统的运行状态，对各种故障情况进行分析处理。变频器接受PLC的起／停控制，根据给定速度的大小控制电动机运行。6SE70采用带有速度反馈的矢量控制方式，实现高精度控制。速度反馈采用的是HTL单极脉冲编码器。2 硬件组成2.1 PLC部分硬件构成根据控制需要，PLC控制部分采用2台PLC构成冗余系统，对一些重要的保护同时控制，确保提升机运行安全。其中一台PLC为提升机操作保护系统，主要完成逻辑操作控制和故障判断处理两个方面的任务；另一台PLC为行程控制系统，主要完成高性能的提升机速度曲线即S曲线给定。本系统采用西门子SIMATIC S7-300 PLC，并通过MPI网与西门子触摸屏TP27构成网络，实时监视系统运行的状态。图2给出系统的硬件组态。其中操作保护PLC的MPI地址为2，行程控制PLC的MPI地址为6，触摸屏TP27的地址为1。 操作保护PLC的组成主要为电源模块PS307，CPU314，两个输入模块D132×DC24V，一个输出模块DO16×Rel，两个计数器模块FM350。行程控制PLC的组成类似，但多一个8路模拟量输入模块AI8×12bit和一个4路输出模块AO4×12bit。2.2 编码器及FM350模块编码器和FM350模块是整个系统正常运行的核心部件，其作用是根据脉冲计数确定提升机的位置和提升机实际速度。系统中采用NEMICONOVM-2048-2MD旋转编码器，分别安装在提升机的导向轮和驱动轮上。FM350模块可以接受4种类型的脉冲输入，本系统采用的是5 V encoder RS422，symmetric型，接线图如图3所示。 通过校正可以使提升机每次到达同一点为一固定脉冲。在减速段根据位移可以得到给定速度，根据单位时间内脉冲数值差又可以得到提升机的实际速度，此处单位时间是指STEP7的中断组织块的周期，我们设定OB35的周期为20ms。检测到实际速度和位移以后，还可以对提升机一些重要的保护作出判断，如过卷、超速等等。 2.3 变频器的硬件设计2.3.1 主回路系统采用西门子6SE70变频器，提升机主电机的功率为180kW，据此选用6SE7033-7EG60型变频器。6SE70的输入输出端子可以自由定义和使用。本应用中对控制端子X101的功能设置为：X101-3，变频器故障（输出）；X101-4，变频器运行（输出）；X101-5，变频器警告（输出）X101-6，制动单元和制动电阻故障（输入）；X101-7，变频器故障复位（输入）；X101-8，停车2（输入）；X101-9，启／停（输入）。速度主设定X101-15，16通过PLC的AO模块给定。2.3.2 制动电阻和制动单元提升机属于位势性负载，提升机需要消耗能量，而下放时则会释放能量。因为通用变频器都是单向整流，如果电动机处于制动状态或发电状态，回馈的能量将通过逆变环节到达直流环节，会使直流母线电压升高，因此需要增加制动单元。制动单元和制动电阻的连接如图4所示。其中制动单元的X38-4和X38-2接DC 24 V，X38-1为