PLC通讯控制系统在全变频起重机上的应用

PLC通讯控制系统在全变频起重机上的应用

刘雨

（河南卫华重型机械股份有限公司河南新乡453400）

摘要：近年来，PLC通讯控制系统在全变频起重机上的应用问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。桥式起重机采用西门子S7-300PLC和SIMOVERTER6SE70系列变频调速装置，PLC系统与变频装置之间采用PROFIBUS-DP总线通信连接。PLC控制起重机起升、运行机构，起重机运行可靠性高。本文阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：PLC；通讯控制系统；全变频起重机；应用

1前言

作为全变频起重机应用中的一项重要组成部分，PLC通讯控制系统的关键地位不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对PLC通讯控制系统应用的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。

2概述

近年来，随着电力电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展，PLC（ProgrammableLogicController）可编程控制器和变频器在起重机行业中得到了广泛应用。笔者以糯扎渡水电站800T桥式起重机为例来介绍一种基于PLC控制的、全变频、全通信起重机控制系统。桥式起重机共设有主起升、副起升、大车运行、小车运行4个机构，各机构均采用能耗型西门子变频调速系统控制。变频器选用西门子公司6SE70系列产品，外配制动单元和制动电阻；电机选用西门子公司1LG4或1LA8系列变频电机；PLC选用西门子S7-300系列PLC。

交流电动机是现今采用较多的也是较为广泛的驱动形式。通过在交流电动机控制中使用变频器，从而实现对交流电动机的变频控制，更好的对交流电动机的转速、扭矩进行精确的控制。而对于使用变频器数量较多、电机分布范围较大的场合，且PLC本身的I/O输入输出点数和D/A数模转换通道有限，将极大的影响PLC对于变频器控制的可靠性和稳定性。通过在PLC与变频器控制中采用以RS-485的通讯方式来实现对于变频器的有效控制。

3基于PLC的电气控制系统

该桥式起重机由“PLC＋变频传动+人机界面”组成电气控制系统。PLC实现整车运行的时序、逻辑控制；变频传动驱动各机构协调动作，实现可控运行；人机界面显示起重机的工作状态和故障报警。三者之间通过PROFIBUSDP、MPI总线通信及开关量输入输出来实现数据交换[1]。

该通信控制系统的控制核心为西门子S7-300系列PLC。由开关量输入、输出模块和CPU组成。输入模块接受司机室的控制命令及各机构监控信号。输出模块是由CPU对输入信号运算处理，再生成控制命令去控制各机构的动作等。CPU通过PROFIBUSDP总线与各机构的变频器相连接，实现CPU与变频器之间的通信连接，CPU既能向变频器输出执行指令，也可以获取变频器的运行状态及故障信息。

4变频调速系统

4.1控制部分

变频器通过CBP2通信板挂在PROFIBUSDP总线网上，接受PLC统一的控制与管理。该桥式起重机选用西门子公司SIMOVERTMASTERDRIVESVC全数字式矢量变频调速装置。

4.2动力部分

供电交流母线上分别挂接有起升机构、大车运行机构、小车运行机构的变频器，再由各机构的变频器驱动其电动机，实现机构变频调速控制。各机构的变频调速范围均为1∶10，各机构的制动能量通过外接制动斩波器、制动电阻器将制动能量消耗在电阻器上。这种结构及传动方式具有技术先进、结构独立的特点。

变频器的全数字式参数设定保证了装置间参数设定的绝对一致性，能够对电动机参数自动辩识，实现了电动机的最大最佳效能。特别指出的是：起升机构由脉冲编码器作为速度检测构成闭环速度控制，可以有效的防止起吊重物溜钩。见图1。

5PLC系统

5.1硬件部分

1）PS307电源模块。采用PS307系列电源，容量为5A。电源模块为CPU及背板总线提供24V的DC电源。

2）CPU中央处理模块。采用CPU315-2DP，具有两个通信接口，一个是MPI接口，另一个为PROFIBUSDP接口。

3）DigitalInput模块为16位数字量输入模块，24V的DC电源，光电隔离，共使用11个DI模块。

4）DigitalOutput模块。为16位数字量输出模块，24V的DC电源，光电隔离，共使用5个DO模块。

5）IM153模块。远程通信接口模块，将中央机架与远程扩展机架连接起来，共使用2个IM153模块。

6）各机构变频器通信板及导轨、通信电缆、总线连接器等。

5.2软件部分

该桥式起重机的PLC程序，采用西门子SIMATICSTEP7-5.4软件进行编程。软件设计的硬件部分充分考虑到PLC主站与各变频器装置从站之间的通信问题，应用了PROFIBUSDP的现场总线通信来实现。各模块与装置的硬件组态见图2。

总之，运用PLC对整个起重机系统进行控制和监控，可充分发挥PLC可靠性高、故障容易查找的优点。而电力拖动系统采用变频器进行调速，可使电动机运行更平稳、调速范围更广。在PLC和变频器通讯控制功能下，桥式起重机在可靠性、调速性能、节能和运行效率等方面都有了很大提高，这种应用方式值得推广借鉴。

6结束语

综上所述，加强对PLC通讯控制系统在全变频起重机上应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的PLC通讯控制系统应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

[1]冯敬璞.PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯[J].可编程控制器与工厂自动化.2016（10）：60-62.

[2]张素文，贺凯歌.基于Profibus-DP的PLC与交流变频器通讯的实现[J].工业控制计算机.2017（01）：115-116.

[3]刘万里，殷华文，李壮举.通过串行通讯实现PLC对变频器的控制[J].现代电子技术.2016（09）：88-89.