機械電子式軟起動裝置控制系統的設計

韓 俊

(太原理工大學繼續教育學院，山西 太原 030024)

0 引 言

機械電子式軟起動裝置是降低帶式輸送機起動及停車過程中動載荷的有效途徑之一，通過控制帶式輸送機起停時的加、減速度，保證系統的可靠平穩運行，提高設備的運行效率。

1 機械電子式軟起動裝置控制系統的組成

機械電子式軟起動裝置由機械傳動系統與控制系統兩部分組成，如圖1所示。機械傳動系統由主電機、調速電機和差動輪系等構成，控制系統由計算機、可編程序控制器、變頻器等組成。軟起動裝置在工作時，通過變頻器與可編程控制器對調速電機的轉速進行控制，使行星架的轉速保持為零，主電機實現空載起動；逐步降低調速電機轉速，使主電機逐步將動力施加在與輸出軸相連的負載上，從而實現機械設備的軟起動；通過主電機與調速電機在差動行星齒輪機構內的速度合成，使系統在相當大的范圍內實現無級調速，并能夠長期穩定工作在低速的狀態下[1]。

圖1 機械電子式軟起動裝置系統框圖

2 機械電子式軟起動裝置控制系統的硬件設計

2.1 可編程控制器的選型

設計機械電子式軟起動裝置的控制系統時，采用PLC兩級控制系統，首要的控制目標是確保系統工作安全可靠，能長期穩定運行，因此，控制系統以可靠性作為控制目標，設計時要優先考慮其通訊能力，然后根據被控對象的工藝要求及I/O系統考慮具體配置問題。

在眾多滿足系統工藝控制要求的PLC中，根據工程投資，選擇性價比高的PLC。通過對可編程控制器各功能及參數的綜合考慮權衡，設計用西門子SIMAT?IC S7-200可編程控制器，選用西門子CPU226型號6ES7 216-2BD 0XB0），可滿足控制系統的設計要求。

S7-200能支持32位Windows 98和Windows NT使用環境。系統利用計算機的RS-232口與PLC（可編程控制器）的RS-485口進行通信，來自S7-200的信息能顯示在任何Windows應用程序中，信息也能從Win?dows應用程序下裝到S7-200中[2]。

2.2 變頻器的選型

變頻器用于對調速電動機提供變頻電源，以便對其進行無級調速，以實現軟起動、軟停車、無級調速及過載自動保護功能。在系統設計過程中選用LG SV

008 iG5-4變頻器，

變頻器可使用操作面板控制，也可使用端子控制，也可使用RS485通訊接口對其遠程控制，在本系統中采用RS485進行控制。LG SV 008 iG5-4變頻器可以選擇兩種通訊方式，一個是LG變頻器專用協議，另一種是MODBUS-RTU方式。考慮到通訊的復雜性與難易程度，在系統設計中采用LG變頻器專用協議與西門子S7-200 PLC自由口通訊協議相結合的方式。

2.3 電機的選型

根據負載的大小與控制系統的工藝要求，選定電氣傳動的形式和電動機、電磁閥等執行機構。即選擇主電機和調速電機的型號

1）對于主電機I，由于已知輸入功率為11kW，輸入轉速為1 460 r/min，故選用Y160M-4型電動機。

2）對于調速電機II，由于輸入功率為3 kW，調速轉速為3 690 r/min，故選用Y100L-2型電動機。

2.4PLC資源配置

確定I/O點數是可編程控制器設計的關鍵問題，估算出被控對象的I/O點數后，就可選擇點數相當的可編程控制器，選擇相應規模的可編程控制器并留有10%~15%的I/O余量。

由于整個系統涉及的基本都是開關量，且數量不是很多，所以選用西門子S7-200系列PLC CPU 226作為機械電子式軟起動裝置的控制單元，整個系統的資源配置，如表1所示。

在確定了機械電子式軟起動裝置控制系統中PLC的端子分配后，便可以確定控制系統接線圖，如圖2所示。

表1 PLC資源配置表

圖2 機械電子式軟起動裝置控制系統的端子接線圖

3 機械電子式軟起動裝置控制系統的軟件設計

3.1 程序說明

主程序MAIN包括機械電子式軟起動裝置系統的自動控制、手動控制和急停，軟起軟停的程序，是程序的主體。主體程序是參照控制過程流程設計的。主要完成輸入、輸出動作，同時在主程序中對各條指令的狀態器進行初始化，也對存儲器要發送的指令初始化。

各子程序實現的功能分別為：SBR0為變頻器發送緩沖區賦初值，SBR1調速電機按S曲線加速達到要求，SBR2調速電機按S曲線減速達到要求，SBR3調速電機停止。

3.2 通訊方式

在機械電子式軟起動裝置的控制系統中，軟件系統的設計采用將S7-200PLC連接LG SV 008 iG5-4變頻器，通過PLC與變頻器的通訊來實現對調速電機啟動過程的控制。采用自由口通信協議方式，將通信口設定為9 600 bit，無奇偶校驗，每個字符8位，1個停止位。PC/PCI電纜上帶有RS-232與RS-485電平轉換器，設置PC/PCI電纜上的DIP開關。

4 結束語

對機械電子式軟起動裝置控制系統的設計過程進行了詳細介紹。該系統以PLC為核心，能夠準確完成設定的控制任務，通過控制兩臺電機的分時啟動與自動切換，能實現按給定的加、減速度對負載進行啟動和停車；應用差動傳動與變頻調速技術，通過主電機與調速電機在差動輪系的速度合成，可使機械電子式軟起動裝置能夠在相當大的范圍內無級調速，能夠可靠和穩定的工作在低速狀態下；實現了計算機與S7-200PLC程序之間的下載,S7-200PLC與變頻器之間的自由口通訊。實踐證明，控制方案可行，控制系統安全穩定，實現了控制的效果。

[1] 周滿山.行星機構軟起動的研究[J].煤礦自動化，1999（1）：53-56.

[2] 陳延康.機械控制工程[M].北京：煤炭工業出版社，2003:23-30.

[3] 胡學林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業出版社，2003:85-208.