S7-300在牙輪鉆機通信中應用

王 勐， 郭金庫， 孫喜慶， 陳 軍

0 引 言

我國牙輪鉆機系統是采用傳統指針儀表和操作按鈕相結合的方式控制的，牙輪鉆機的主要部件由回轉系統和加壓提升系統組成。牙輪鉆機鉆孔時，依靠加壓、回轉機構通過鉆桿，對鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉扭矩把巖石破碎。牙輪鉆機作為復雜的集成系統，設備一旦發生故障，檢修人員很難及時發現并排除故障。文中對S7-300在牙輪鉆機的通信中進行應用研究，通過SI-P1通訊卡實現了S7-300和安川G7變頻器的通訊，從而能夠及時地找出故障，發現潛在故障和實際存在的故障，定位故障，指導維護人員及時維護設備，降低維修成本［1－2］，提高經濟效益。

1 系統的硬件設計

1.1 系統的硬件組成

系統硬件組成主要由通信卡、可編程邏輯控制器和觸摸屏構成。通信卡安裝在回轉電機和提升電機兩臺變頻器上，負責采集回轉、提升電機的電壓、電流、頻率等相關電氣參數，可編程邏輯控制器主要負責與通信卡、觸摸屏PROFIBUS現場總線通信工作，控制器與通信卡完成數據采集提取工作，把采集到的各種電氣信號交由觸摸屏進一步分析、處理［3－4］。

系統的硬件組態圖如圖1所示。

圖1 系統的硬件組態圖

在安川變頻器端加裝了兩臺SI-P1智能中央處理通信卡，并為各自分配了不同的通信地址，其中，提升電機的站地址為3，回轉電機的站地址為4。在與PLC進行組態的時候，采用了不同的地址段，對變頻器的數據分別進行讀取，然后送到上位機上進行顯示。

1.2 人機交互界面

上位機顯示界面如圖2和圖3所示。

圖2 牙輪鉆機故障診斷專家系統

圖3 提升電機、回轉電機運行狀態

系統軟件主要由安裝在觸摸屏上的Access和Wincc flexible組態軟件構成，Access數據庫負責存儲記錄系統各種電氣信號。Wincc flexible組態軟件負責前臺顯示工作，組態軟件的使用，減少了編程時間，縮短開發周期。

1.3 系統的硬件連接圖

系統的硬件連接圖如圖4所示。

圖4 系統的硬件連接圖

東鞍山鐵礦采用的是安川G7110kW的變頻器，為了采集電機的數據對電機的狀態進行實時監控，選擇了帶有PROFIBUS總線的智能中央處理單元，同時，采用了西門子公司的S7-300大型工業級PLC作為與智能中央處理單元的連接器，在安川變頻器端，加裝了兩臺SI-P1智能中央處理通信卡，實現了變頻器與中央處理單元的通信。

2 系統軟件設計

2.1 流程圖

使用MEMOBUS信息時，同步信號交換方法的流程圖如圖5所示。

SI-P1卡備有3種輸入、輸出數據長度（Extended data1＝32字節，Extended data2＝12字節，Basic data＝6字節）可供選擇。這里選用Extended data1，其前15個字節為高速I／O數據區域，可以直接和變頻器進行數據傳輸。而后15個字節為MEMOBUS信息區域，該區域使用MEMOBUS信息使變頻器進行通訊。該區域的數據經SI-P1卡接收后進行編輯，然后再傳送給變頻器，所以至回信的時間較長［5－9］。為此，需要在主站側通過建立同步交換取得同步。

圖5 流程圖

2.2 字節地址對照表

字節地址對照表見表1。

表1 變頻器→PROFIBUS-DP主站

2.3 PLC部分程序

PLC部分程序如圖6所示。

圖6 PLC部分程序

3 結 語

PLC具有功能豐富、工作可靠、使用方便等特點，目前已成為工業企業自動化控制中不可缺少的部分，為提高現代化自動化生產水平，提高科技含量都提供了很好的控制平臺，同時在各領域中都體現出其優勢。尤其在環境惡劣的情況下，依然能保持著穩定的工作狀態，在長期的工作和實踐過程中提供了優質的控制系統。S7-300PLC有相當高的性價比，通過通訊方式將S7-300PLC和安川G7變頻器聯系在一起，應用于牙輪鉆機系統中，能夠及時地發現系統的故障及潛在故障，改變了以往故障排除難的狀況。相信此方案在牙輪鉆機系統中的應用會得到更加充分的發揮和拓展。

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