【導(dǎo)讀】隨著采煤機(jī)械化程度的不斷發(fā)展，大大提高了工作面的開采。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。系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹電控系統(tǒng)的組成、工作原理、系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)。等優(yōu)點(diǎn),大大提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。煤炭是重要的一次能源。隨著工業(yè)的發(fā)展，近年來，各主要產(chǎn)煤國(guó)家，隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了年產(chǎn)幾百萬噸級(jí)、巷道掘進(jìn)成為了煤礦高效集約化生產(chǎn)的共性及關(guān)鍵性技術(shù)。護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高、維護(hù)工作繁重等問題。由于基于PLC的掘進(jìn)機(jī)電控系。和經(jīng)濟(jì)效益，所以本課題具有很重要的研究意義。20世紀(jì)90年代后期至今，隨著煤礦井下電壓等級(jí)由660V升至1140V,新技術(shù)的應(yīng)用使電控系統(tǒng)在控制、保護(hù)各方面。工作的主要問題。1)主回路升級(jí)到1140V，并且實(shí)現(xiàn)了660/1140V雙電壓等級(jí)的電控箱，滿足各類用戶的要求?，F(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器邏輯控制。

　　

【正文】 ．組 態(tài)．診斷的設(shè)備。第一類 DP 主站（ DPM1）是中央 中央可編程控制器 ，如 PLC． PC等。 DP 從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器．閥門等；同時(shí)也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個(gè) PLC 主機(jī)。 基于 PRDFIBUSDP 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建 FRA740 與 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)的連接是通過安裝 A7NP 通訊卡來實(shí)現(xiàn)的，其典型配置如 圖 所示，我們可以把系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，分別為監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層。 IPC 作為監(jiān)控層，采用 MCGS 組態(tài)軟件，用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控， PLC 做為控制層， 它作為工控機(jī)與變頻器之間的橋梁，一方面，它對(duì)變頻器進(jìn)行控制，另一方面將生產(chǎn)線上信息 (如變頻器的速度、報(bào)警等 )傳達(dá)給工控機(jī)，變頻器作為執(zhí)行層，將 PLC 下達(dá)的指令執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。 I P CP L C電 機(jī)電 機(jī)變 頻 器變 頻 器M P IP R O F I B U S D P? ? ? ?控 制 層執(zhí) 行 層監(jiān) 控 層 圖 于 PofibusDP 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變頻器數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn) 參數(shù)設(shè)置 在進(jìn)行設(shè)備通訊之前 .必須對(duì)變頻器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 .首先在 A7NP 卡上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址，必須要與 STEP 7 硬件組態(tài)中設(shè)置的地址完全一致，這個(gè)設(shè)置主要通過 A7NP 上 SW3, SW1 兩個(gè)旋鈕開關(guān)來調(diào)節(jié)的，另外其他主要參數(shù)設(shè)置如表 所示，它們是在 FRA740 的操作面板設(shè)置的。 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)。這個(gè)通道經(jīng)常被稱為標(biāo)準(zhǔn)通道 .其中包含有用的用戶數(shù)據(jù)?？捎玫臄?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。 協(xié) 議 結(jié) 構(gòu)（ 頭 部 ） 參 數(shù) 通 道（ P K W ）過 程 通 道（ P Z D )有 效 數(shù) 據(jù)協(xié) 議 結(jié) 構(gòu)（ 尾 部 ）圖 PROFIBUSOP 報(bào)文中有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 變速驅(qū)動(dòng)行規(guī)對(duì) PPO 的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度作了更具體的規(guī)定，常用的參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象 PPO 一共有 5 種類刑，按照可用數(shù)據(jù)有無參數(shù)通道及過程通道的數(shù)據(jù)字的多少來劃分： (1)可用數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)區(qū)而無參數(shù)區(qū)，有兩字或六個(gè)字的過程數(shù)據(jù)，如 PP03和 PP04； (2)可用數(shù)據(jù)有參數(shù)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，且有兩個(gè)字、六個(gè)字或是個(gè)字的過程數(shù)據(jù)，如 PP0 PP0 PP05。常用的 PPO 類型如 表 所示。選用那種類型的 PPO，取決于在硬件組態(tài)中的設(shè)置。過程數(shù)據(jù)在傳動(dòng)系統(tǒng)中總是以最高優(yōu)先級(jí)進(jìn)行傳送和處理 .它主要傳送傳動(dòng)裝置的狀態(tài)信息和控制信息。參數(shù)數(shù)據(jù)運(yùn)行存取傳動(dòng)系統(tǒng)的所有參數(shù)。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。 表 常用 PPO 數(shù)據(jù)類型 PPO 1 2 3 4 5 PKW 段 PKE √ √ √ IND √ √ √ PWE √ √ √ PWE √ √ √ PZD 段 PZD1 STW1 ZSW1 √ √ √ √ √ PZD2 HSW HIW √ √ √ √ √ PZD3 √ √ √ PZD4 √ √ √ PZD5 √ √ √ PZD6 √ √ √ PZD7 √ PZD8 √ PZD9 √ PZD10 √ 注： PKW：參數(shù)識(shí)別值 IND:變址 ZSW：狀態(tài)字 PZD：過程數(shù)據(jù) PWE：參數(shù)值 HSW：主設(shè)定值 PKE：參數(shù)識(shí)別 STW：控制字 HIW：主實(shí)際值 PKW 區(qū)說明參數(shù)數(shù)值 (PKW )的數(shù)據(jù)接口處理方式。 PKW 接口并非物理意義的接口，而是一種通訊機(jī)理。這一機(jī)理確定了參數(shù)在兩個(gè)通訊伙伴之間 (如PLC 和變頻器之間 )的傳輸方式。 PKW 參數(shù)區(qū)一般包含 4 個(gè)字。前兩個(gè)字 (PKE和 IND)的信息是關(guān)于主站請(qǐng)求任務(wù) (任務(wù)識(shí)別標(biāo)記 ID)和從站應(yīng)答響應(yīng) (應(yīng)答識(shí)別標(biāo)記 ID)的報(bào)文。 PKW 的后兩個(gè)字 (PWE1 和 PWE2)用來讀寫具體的參數(shù)數(shù)值。 PKW 參數(shù)通道的第一個(gè)字是參數(shù)標(biāo)識(shí)符 PKE。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。位 12 到位 15 (AK)包括任務(wù)標(biāo)識(shí)舊和應(yīng)答標(biāo)識(shí)舊。 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)。變址 IND的 0 到 7位為帶數(shù)組的參數(shù)尋址提供數(shù)組下標(biāo) .決定訪問數(shù)組參數(shù)的哪一個(gè)元素。 第三和第四字為參數(shù)數(shù)值 (PWE)。參數(shù)值總是以雙字來傳送，在 PPO 報(bào)文中，一次只能傳送一個(gè)參數(shù)值，由 PWE1(高位字 )和 PWE2(低位字 )共同組成一個(gè) 32 位參數(shù)數(shù)值 .當(dāng)用 PWE2 傳送一個(gè) 16 位參數(shù)值 .必須在 DP 主站中設(shè)置高位字 PWE1 為零。 利用 PKW 參數(shù)通道修改驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)必須遵守以下規(guī)則： (1)一個(gè)任務(wù)或一個(gè)應(yīng)答僅能涉及一個(gè)參數(shù)。 (2)主站必須重復(fù)地發(fā)送任務(wù)報(bào)文直到從從站那里得到相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。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。 (3)完成的任務(wù)必須送出一個(gè)報(bào)文，對(duì)于應(yīng)答也一樣。 (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。 (5)如果在周期工作中不器要 PKW 參數(shù)通道的信息而只需要 PZD 過程通道的信息 .則任 務(wù) ID 被發(fā)布為“無任務(wù) (用 0 表示 )”。 過程通道 PZD 區(qū)是為監(jiān)測(cè)和控制調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置而設(shè)計(jì)的，在 DP 主站和從站中收到的 PZD 報(bào)文總是以最高的優(yōu)先級(jí)處理，即處理 PZD 過程通道的優(yōu)先級(jí)高于處理參數(shù)通道 PKW 的優(yōu)先級(jí)，而且 PZD 過程通道總是傳送調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置上當(dāng)前最新的有效數(shù)據(jù)。通常 DP 主站給傳動(dòng)裝置的任務(wù)報(bào)文中，第一個(gè) PZD 字為控制字，第二個(gè)字為主設(shè)定值 。傳動(dòng)裝里給 DP 主站的響應(yīng)報(bào)文中，第一個(gè) PZD 字為狀態(tài)字，第二個(gè)字為主實(shí)際值。 本文中 FRA740 采用 PP03 的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu) .即使用過程通道 (PZD)控制和監(jiān)測(cè)變 頻器的工作，而沒有使用參數(shù)通道 (PKW)修改變頻器的內(nèi)部參數(shù)。 PP03的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 如表 所示。 表 PPO3 的 PZD 結(jié)構(gòu) 主站給 FRA740 的 PZD 任務(wù)報(bào)文的第一個(gè)字 PZD1 是變頻器的控制字(STW).其每一位的含義如表 所示。 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。如果位 10 是0,變頻器將以從 前的控制方式繼續(xù)工作。主站給變頻器的 PZD 任務(wù)報(bào)文的第二個(gè)字 PZD2 字是變頻器的主設(shè)定值 (HSW)，即主頻率設(shè)定值，以十六進(jìn)制發(fā)送，最小單位是 Hz，變頻器給主站的 PZD 應(yīng)答報(bào)文的第一個(gè) PZD 字是變頻器的狀態(tài)字 (ZSW)，其每一位的含義如表 所示。 PZD 應(yīng)答報(bào)文的第二個(gè)字是主要的運(yùn)行參數(shù)實(shí)際值 (HIW).通常，把它定義為變頻器的實(shí)際輸出頻率。 位 名稱 說明 0~2 未使用 3 控制使能 0：輸出停止； 1：停止取消 4~6 未使用 7 故障復(fù)位 0：無動(dòng)作； 1：故障復(fù)位 8~9 未使用 10 PZD 使能 0：不執(zhí)行； 1： PZD 執(zhí)行 11 正轉(zhuǎn)啟動(dòng) 0：否； 1：是 12 反轉(zhuǎn)啟動(dòng) 0：否； 1：是 13 第二功能選擇 0：否； 1：是 14 輸出停止 0：否； 1：是 15 RAWEEPROM 0：寫入 RAM。1：寫入 EEPROM 表 FRA740 變頻器狀態(tài)字定義表 變頻器通訊程序 在編寫變頻器通訊程序時(shí)，首先應(yīng) 該讀取變頻器的狀態(tài)字，判斷變頻器是否準(zhǔn)備就緒，如果沒有就緒則判斷是否存在故障，若有故障要判斷故障的類型，給出相關(guān)的故障提示信息。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。其程序結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 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。若能正確讀取數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤代碼返回 0000(HEX)。若讀取出錯(cuò)，錯(cuò)誤代碼為非零值。同理 .寫 PZD 報(bào)文是通過調(diào)用系統(tǒng)功能 SFC15(DPWR_DAT)來實(shí)現(xiàn)的，它也有三個(gè)入口參數(shù) :DP 從站寫數(shù)據(jù)區(qū)的首地址、存放待寫入數(shù)據(jù)變量的首地址、存放錯(cuò)誤代碼的地址。若正確寫人，錯(cuò)誤代碼返回 0000 (HEX)。若寫入出錯(cuò)，錯(cuò)誤代碼為非零值。以下是部分程序代碼。 CALL DPRD_DAT //調(diào)用 SFC14 讀取 PZD 應(yīng)答報(bào)文 LADDR := addres_IW //DP 從站讀數(shù)據(jù)區(qū)的首地址 RET_VAL: = ERROR_ COD_I_N//存儲(chǔ)錯(cuò)誤代碼的返回變量 RECORD : = BPQ_in //存放應(yīng)答報(bào)文的首地址 L W16F L [1] //PZD1 字 AW //判斷變頻器是否就緒 JN NR//沒有準(zhǔn)備就緒 CLR = fault //清內(nèi)部故障標(biāo) 志位 L Control_ word1 T [1]//寫從站固定控制字 SPEE: L SPEED_ IW T BPQ_ [2]//寫主頻率給給定數(shù)值 CALL DPWR_DAT //調(diào)用 SFC15 寫 PZD 任務(wù)報(bào)文 LADDR := addres_QW //DP 從站寫數(shù)據(jù)區(qū)的首地址 RECORD:= BPDee_out//存放任務(wù)報(bào)文的首地址 RET _VAL:= ERROR _CODE_OUT //存 儲(chǔ)錯(cuò)誤代碼的返回變量 NOP CALL DPRD_ DAT //調(diào)用 SFC14 讀取 PZD 應(yīng)答報(bào)文 LADDR:= addres_ IW RET _VAL:= ERROR_ CODE_IN RECORD:= BPQ_in L [2] T Actual_peed //讀取主頻率實(shí)際運(yùn)行值 JU END NR: L W168 L [1]//PZD1 字 AW //判斷變頻器是否有故障 JZ END SET =