【正文】 ........................................ 17 3 PLC 與變頻器的通訊 .......................................................................................... 32 變頻器的基本工作原理 .......................................................................... 32 –DP 作用 ................................................................................ 35 基于 PRDFIBUSDP 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建 ........................................... 35 變頻器數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn) ........................................................................... 36 變頻器通訊程序 ....................................................................................... 42 4 總結(jié)與展望 .......................................................................................................... 46 致謝 ......................................................................................................................... 47 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 48 1 緒論 課題的提出 煤炭是重要的一次能源。 掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣 ,控制任務(wù)繁瑣、要求嚴(yán)格。當(dāng)前仍有不少掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制 ,存在可靠性差、故障率高、維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高、維護(hù)工作繁重等問題。普遍采用寬電壓范圍的 PLC、保護(hù)模塊、接觸器、和繼電器，用寬輸人電壓范圍的直流電源作為保護(hù)裝置的供電電源，使電控設(shè)備的性能大大提高。同時(shí)，電氣控制技術(shù)又是與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等密切聯(lián)系在一起的。奧地利和日本在研制掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備的過程中，不但注重采用高 可靠性的電子元部件，而且也十分重視避震裝置研究，以減少主機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)加速度與沖擊對(duì)電控設(shè)備的影響，從而進(jìn)一步提高電氣元部件的可靠性。 未來發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)掘進(jìn)機(jī)電氣控制技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已趨于基本成熟，目前有兩種典型的電控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。 (5)它是基于 CANBUS 總線開發(fā)的產(chǎn)品，當(dāng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較多或信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)可以使用多個(gè)控制器組網(wǎng)，節(jié)省接線、提高可靠性、并且靈活性和可擴(kuò)展性大大加強(qiáng)； (6)它的 I/0 設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，一針多能，既可做開關(guān)量輸入，也可以做模擬量輸入，既可做 PWM 或開關(guān)量輸出也可以做開關(guān)量輸入，一個(gè)型號(hào)便可以有無數(shù)種組合滿足無數(shù)種需要，使用更力便、更經(jīng) 濟(jì) 。伴隨著微處理器的出現(xiàn)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)字通信技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 取得了迅速的發(fā)展。在硬件上增加了模擬量 I/O 、遠(yuǎn)程 I/O 和各種特殊功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、 PID 模塊、定位控制模塊和通信模塊等。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊、機(jī)架等，這些模塊可以按照一定順序組合配置成一個(gè)完整的 PLC。 。 PLC 既可以用于單機(jī)或多機(jī)控制，又可以用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。如需對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行技術(shù)，則需要選用高速計(jì)數(shù)器模塊，其最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá) 50KHz。此外還具有溫度測(cè)量接口，可以直接連接各種熱電阻和熱電偶。 9：故障自診斷功能 PLC 可以對(duì)系統(tǒng)配置、硬件設(shè)置、指令合法性、網(wǎng)絡(luò)通信的進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況報(bào)警并記錄顯示故障類型。 使用工作條件； a) 海拔高度不超過 2020 米； b) 周圍環(huán)境溫度 5℃ ~+40℃； c) 周圍空氣相對(duì)濕度不大于 95％（＋ 25℃）； d) 能承受掘進(jìn)機(jī)的振動(dòng)，與水平安裝傾斜度不超過 15176。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)須按下復(fù)位按鈕鍵復(fù)位然后才能啟動(dòng)電機(jī)，該按鍵還具有第二功能，可以查詢故障記錄（升序查詢）和修改系統(tǒng)工作電壓（ 660/1140 選擇） 。開關(guān)箱視窗內(nèi)設(shè)有發(fā)光管能夠顯示 32 種故障信息，與液晶屏可以獨(dú)離工作。比較兩類產(chǎn)品性能上的優(yōu)點(diǎn)，氧化鋅產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)主要在能量吸收能力強(qiáng)，可以用于防雷電等大電流沖擊；阻容吸收器的優(yōu)點(diǎn)主要在于起始工作電壓低，可有效吸收小電流沖擊對(duì)設(shè)備的影響。 控制電源 控制電源主要是提供電控系統(tǒng)各等級(jí)工作電壓。 SB1SB3 為緊急停止按鈕， SB1 裝在操作箱上，和設(shè)在整機(jī)油箱前側(cè)的緊急停止按鈕 SB2 一樣作為總急停，按下總急停主控器端子 CZ225 無 AC220V 輸出， KM5 斷電，切斷 220V 供電，各電機(jī)將不能啟動(dòng)。瞬時(shí)按油泵按鍵，主控器端子 CZ221 有 AC220V 輸出，控制接觸器 KM1 吸合，其常開觸點(diǎn) 閉合，接通油泵計(jì)時(shí)表 H1,油泵開始計(jì)時(shí)。常開觸點(diǎn) 閉合， 通過 CZ28 輸入至主控器， 主控器檢測(cè)到此信號(hào)認(rèn)為截割已啟動(dòng)，否則發(fā)出截割啟動(dòng)失敗的故障信息，按復(fù)位鍵復(fù)位。二運(yùn)停止后狀態(tài)信息顯示“二運(yùn)停止” 。 電氣連鎖 連鎖一般用于串聯(lián)電路或并聯(lián)電路中 ,也就是說電器的工作狀態(tài)是由二個(gè)以上條件決定的 ,比如在串聯(lián)電路中它必需全部滿足條件才能運(yùn)行 ,在并聯(lián)電路中它只要滿足其中一個(gè)條件就能運(yùn) 行。由電流、電壓互感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的三相線電壓和線電流 。同時(shí)液晶屏和顯示窗顯示故障狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)過流和斷相時(shí)，按操作箱復(fù)位按鈕可以重新啟動(dòng)。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)井下廣泛采用的變壓器中性點(diǎn)絕緣的低壓供電系統(tǒng)，漏電故障的明確定義為：在中性點(diǎn)絕緣的低壓供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地 (包括直接按地和經(jīng)過渡阻抗接地 )或兩相、三相對(duì) 地的總絕線阻抗下降到危險(xiǎn)值的電氣故障就叫作漏電故障，簡(jiǎn)稱漏電。 電機(jī)過載保護(hù) 在電動(dòng)機(jī)實(shí)際的運(yùn)行中，常會(huì)遇到過載或欠電壓情況，但只要不嚴(yán)重、時(shí)間短，電機(jī)繞組不超過允許的溫度，這些情況是允許的。 電機(jī)三相不平衡及斷相保 電動(dòng)機(jī)的不對(duì)稱保護(hù)主要有斷相、相間短路、匝間短路、不平衡運(yùn)行、接地短路等。它不僅能夠切斷正常的負(fù)荷電流，也能切斷短路電流。變頻器由于其應(yīng)用簡(jiǎn)便和性能可靠，已成為工業(yè)傳動(dòng)裝里中首選的電機(jī)控制器。通常電動(dòng)機(jī)是按 50Hz 的頻率設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)頻率范圍內(nèi)給出的。 PROFIBUSDP 做為現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)中一種，是一種高速 (數(shù)據(jù)傳輸率為 )、經(jīng)濟(jì)、可靠的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在工業(yè)控制得到了廣泛的應(yīng)用。支持單主或多主系統(tǒng)。各 DP 從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。對(duì) DP 從站的輸入 /輸出進(jìn)行存取保護(hù)。 表 A740 PROFIBUS 通訊主要參數(shù)設(shè)置參數(shù) 參數(shù)編號(hào) 通訊參數(shù) 單位 設(shè)置值 1 設(shè)置值 設(shè)置內(nèi)容 運(yùn)行模式選擇 1 0、 6 均可 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式 通訊開始模式選擇 1 2 通訊運(yùn)行指令權(quán) 1 0 運(yùn)行指令權(quán)通訊 通訊速度指令權(quán) 1 0 速度指令權(quán)通訊 EEPROM 保存模式選擇 1 0 寫 入 EEPROM 通訊復(fù)位 1 0 在任何模式 通訊錯(cuò)誤等待時(shí)間 0 0s 網(wǎng)絡(luò)模式操作權(quán)選擇 1 9999 自動(dòng)識(shí)別 PROFIBUS 通訊協(xié)議 對(duì)于調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)變速驅(qū)動(dòng)行規(guī)，在周期型通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被定義為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象 PPO(Parameter Process Object)。因而，它能夠在不影響過程數(shù)據(jù)傳輸性能的情況下，從上一級(jí)系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)值、診斷值、故障信號(hào)等。位 0 到 10 (PNU)包括所請(qǐng)求的參數(shù)號(hào)，它決定所要執(zhí)行的參數(shù)讀寫任務(wù)訪 問的是數(shù)組參數(shù)中的哪一個(gè)元素，位 11 (SPM)是用來參數(shù)變更報(bào)告的觸發(fā)位。主站通過對(duì)應(yīng)答識(shí)別 ID、參數(shù)號(hào)、變址下標(biāo)和參數(shù)值的處理識(shí)別任務(wù)的應(yīng)答。 PP03的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 如表 所示。然后根據(jù)操作指令組裝控制字，設(shè)定主頻率值 .同時(shí)實(shí)時(shí)讀取從站的應(yīng)答報(bào)文 .完成運(yùn)行狀態(tài)的在線顯示。以下是部分程序代碼。 位 名稱 說明 0~2 未使用 默認(rèn) 1 3 變頻器故障 0：正常； 1 變頻器故障 4~5 未使 用 默認(rèn) 1 6 接通命令 0：接通 7 報(bào)警 0：命令執(zhí)行正常； 1：命令執(zhí)行正常 8 未使用 默認(rèn) 0 9 控制請(qǐng)求 0：無 ； 1：有請(qǐng)求 10 頻率檢測(cè)信號(hào) 0：無 ； 1：接通 11 變頻器正在運(yùn)行 0：無 ； 1：正在運(yùn)行 12 電機(jī)正向運(yùn)行 0：無； 1：電機(jī)正轉(zhuǎn) 13 電機(jī)反向運(yùn)行 0：無； 1：電機(jī)反向 14 變頻器運(yùn)行模式 0：無； 1：網(wǎng)絡(luò)模式 15 變頻器是否在忙 0：變頻器在準(zhǔn)備狀態(tài)； 1：變頻器在忙 開 始讀 從 站 應(yīng) 答 報(bào) 文準(zhǔn) 備 就 緒組 裝 控 制 字設(shè) 定 主 頻 率顯 示 運(yùn) 行 狀 態(tài)讀 從 站 應(yīng) 答 報(bào) 文寫 主 站 任 務(wù) 報(bào) 文給 出 故 障 信 息判 斷 故 障 類 型有 故 障結(jié) 束NNY Y 圖 變頻器通訊程序流程圖 PLC 作為總線主站讀 PZD 應(yīng)答報(bào)文是通過調(diào)用 S7 系統(tǒng)功能SFC14(DPRD_DAT)來實(shí)現(xiàn)， SFC14 用于從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 ProfibusDP 從站讀取一串 連續(xù)的數(shù)值，讀取數(shù)值的長(zhǎng)度取決于 CPU 的類型，它有三個(gè)形式參數(shù) :DP從站的讀數(shù)據(jù)區(qū)的首地址、存放數(shù)據(jù)變量的首地址、存放錯(cuò)誤代碼的地址。 PZD1 PZD2 PLCFRA740 STW HSW FRA740PLC ZSW HIW 表 FRA740 變頻器控制字定義表 對(duì)于變頻器收到的控制字，其中位， 10 必須設(shè)置為 1。 (4)在應(yīng)答報(bào)文中重復(fù)的實(shí)際值總是當(dāng)前的最新值。 PKW參數(shù)通道的第二個(gè)字變址 IND的位 12 到 15 位是參數(shù)號(hào) PNU的擴(kuò)展頁號(hào)，它和參數(shù)標(biāo)識(shí)符基本參數(shù)號(hào) PNU 共同產(chǎn)生完整的傳動(dòng)裝置參數(shù)號(hào)。 PKW 接口并非物理意義的接口，而是一種通訊機(jī)理。可用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分且能用報(bào)文分別傳送：過程通道 PZD 部分、參數(shù)通道 PKW 部分，具體的協(xié) 議報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖 所示。 8設(shè)備類型：第二類 DP 主站（ DPM2）是可進(jìn)行編程．組 態(tài)．診斷的設(shè)備。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷診斷信息。 3通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。為了有效維持磁通的恒定，我們必須在改變頻率時(shí)同步改變電動(dòng)機(jī)電壓 U ，即保持 U 與 f 成比例關(guān)系。當(dāng)頻率 f 在 050Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。 當(dāng)各回路電流達(dá)到額定電流 810 倍時(shí)，主控器在 200400 毫秒動(dòng)作，使電機(jī)停止，按復(fù)位按鈕復(fù)位。因此，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行缺陷的早期診斷是非常重要的。為了充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過載等情況，需要自動(dòng)切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的電器，這就是熱繼電器。如各回路正常可以啟動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)電機(jī)前斷開漏檢繼電器，停止漏電檢測(cè)，然后電機(jī)啟動(dòng)。截割、二運(yùn)、風(fēng)機(jī)的保護(hù)原理和油泵電機(jī)相同。用低壓漏電檢測(cè)電路檢測(cè)電鈴和照明燈漏電 。 2：只有當(dāng)油泵電機(jī)啟動(dòng)后，截割、二運(yùn)、風(fēng)機(jī)電機(jī)的狀態(tài)信息才顯示，否則截割、二運(yùn)、風(fēng)機(jī)按鍵將不起作用。 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后狀態(tài)信息變?yōu)? “風(fēng)機(jī)運(yùn)行” ，右列對(duì)應(yīng)的指示燈由空心變?yōu)閷?shí)心。再次瞬時(shí)按截割按鍵，主控器端子斷開 AC220V,接觸器 KM2 斷開， 斷開，主控器檢測(cè)到輸入信號(hào)斷開，認(rèn)為電機(jī)已正常停止，粘連投入檢測(cè)，不正常發(fā)出“截割粘連”故障信息。油泵啟動(dòng)后狀態(tài)信息將變?yōu)椤坝捅眠\(yùn)行” ，液晶屏右列第一個(gè)指示燈（第一為油泵指示，第二為截割，第三為二運(yùn) ， 第四為風(fēng)機(jī)） 由空心變?yōu)閷?shí)心， 同時(shí)液晶屏上依次顯示 “截割停止”、 “二運(yùn)停止” 、 “風(fēng)機(jī)停止” ，此時(shí)三臺(tái)電機(jī)才允許啟動(dòng)。 PLC 接受瓦斯傳感器動(dòng)作信號(hào)，斷開 CZ21 CZ220,停前級(jí)電源。 ～ 1 1 4 0 V～6 6 0 V+MG+MGF U 34AF U 24AF U 12AW 1 / 6 6 0KB2 4 VT 1 1T 1 0Q F 41 0 A1 0 0 ? / 5 WT9 T8Q