總線編碼器與S7-300在橋式起重機(jī)雙車抬吊上的應(yīng)用

我單位為津巴布韋卡里巴南岸水電站地下廠房自主設(shè)計(jì)制造的兩臺(tái)250t/50t/10t單小車橋式起重機(jī)（以下簡稱橋機(jī)），主要用于地下廠房內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子及其它設(shè)備的安裝和檢修，水輪發(fā)電機(jī)組起吊最重部件為轉(zhuǎn)子帶起吊軸，轉(zhuǎn)子裝配（含起吊軸）重量約403.5t。設(shè)計(jì)制造的兩臺(tái)橋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制系統(tǒng)一模一樣。兩臺(tái)橋機(jī)分開操作時(shí)可以單獨(dú)司機(jī)室操作也可以單獨(dú)遙控器操作，并車操作時(shí)采用MPI網(wǎng)絡(luò)通訊，一臺(tái)橋機(jī)的司機(jī)室或者遙控器可以同時(shí)操作兩臺(tái)橋機(jī)的各個(gè)每個(gè)機(jī)構(gòu)。兩臺(tái)橋機(jī)進(jìn)行同步抬吊水輪機(jī)定、轉(zhuǎn)子時(shí)，兩橋機(jī)起升及大小車均需保持同步，考慮到布線的方便及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電氣控制系統(tǒng)采用倍加福PROFIBUS-DP總線編碼器與S7-300PLC進(jìn)行DP總線通訊，以獲取兩臺(tái)橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)與小車機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置，從而保證其控制的精度及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2、倍加福PROFIBUS-DP總線編碼器

德國倍加福公司（P+F）是全球自動(dòng)化行業(yè)中久負(fù)盛名的專業(yè)傳感器龍頭公司，其生產(chǎn)PROFIBUS-DP總線編碼器基于現(xiàn)代的快速的取樣技術(shù)。編碼器的絕對值符合PROFIBUS協(xié)議，操作基于Class1和Class2。對于基于Class1的編碼器，位置值和診斷數(shù)據(jù)，Byte1...16可用。另外，編碼器的方向可以選擇，CW（遞增）（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，碼值遞增），或者CW（遞減）（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，碼值遞減）。對于基于Class2的編碼器，所有符合Class1的附加功能全部可用。這些包括了單圈和總精度的比例功能，預(yù)設(shè)功能，另外支持延伸的診斷報(bào)告功能。除此之外，旋轉(zhuǎn)編碼器可以提供以下擴(kuò)展功能，例如速度轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展比例功能，可編程的限位開關(guān)和調(diào)試模式。可拆卸的連接后蓋內(nèi)裝有一個(gè)滑動(dòng)開關(guān)用于設(shè)定終端電阻和旋轉(zhuǎn)開關(guān)用于設(shè)定地址。該系列PROFIBUS-DP總線編碼器主要有以下特點(diǎn)：

①工作電壓范圍寬達(dá)DC10V-30V；②消耗功率最大2.5W；③總線接口為光電耦合絕緣電源；④波特率范圍寬達(dá)19.2KMBaud-12MBaud；⑤輸出碼為二進(jìn)制碼、分辨率高達(dá)65536步/圈；⑥編碼器可識(shí)別圈數(shù)寬達(dá)16384圈；⑦編碼器精度高達(dá)±2LSB/16位、±1LSB/13位、±0.5LSB/12位；⑧防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP66、工作溫度范圍寬達(dá)-40~85℃；⑨具有靈活的預(yù)置功能與置零功能；⑩帶有選擇計(jì)數(shù)方向功能。

基于FuchsPROFIBUS-DP總線編碼器以上種種優(yōu)良特點(diǎn)，所以在位置檢測功能中，選用帶有DP接口、型號(hào)為PVM58N-011AGR0BN-1213的絕對值編碼器來檢測和測量兩臺(tái)橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)與小車機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置，編碼器安裝位置如圖1所示。

圖1起升編碼器與小車編碼器安裝位置

3、DP總線編碼器與S7-300的系統(tǒng)組態(tài)

由于本橋機(jī)PLC系統(tǒng)采用了西門子S7-300，采用西門子編程軟件STEP7V5.5，在DP總線編碼器硬件組態(tài)前首先必須安裝P+F編碼器PVM58的GSD文件。安裝編碼器GSD文件時(shí)，在S7-300編程軟件的右邊硬件目錄PROFIBUSDP→AdditionalFieldDevices→Encoders→PEPPERL+FUCHS→P+FEncoder，從而將P+F編碼器接入了DP網(wǎng)絡(luò)，以此完成了橋機(jī)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的硬件組態(tài)，軟件選擇P+Fversion2.2multiturn，見下圖2所示，其中DP總線編碼器軟件設(shè)置見下圖3所示：

圖2S7-300PLC與DP總線編碼器的網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)

圖3DP總線編碼器軟件設(shè)置

4、同步抬吊的依據(jù)與原理

兩臺(tái)橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)在并車抬吊水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或定子的時(shí)候，必須保證兩主起升機(jī)構(gòu)在垂直方向的高度差以及水平方面的水平差值（水平方向兩主起升機(jī)構(gòu)吊鉤中心線同心）在一定的范圍內(nèi)，如果超出了這個(gè)范圍，則對安裝水輪機(jī)定子和轉(zhuǎn)子勢必造成一定的影響。這就要求我們電氣控制系統(tǒng)中必須時(shí)時(shí)刻刻了解兩臺(tái)橋機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)與小車機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置，以便操作者進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)垂直高度差和水平差值。在這里主要列出垂直方向主起升機(jī)構(gòu)同步抬吊的原理，水平方向小車機(jī)構(gòu)與主起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)同步抬吊原理一樣。為了方便描述，將A橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)檢測到的高度值簡稱為1#，將B橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)檢測到的值簡稱為2#，利用A車采用遙控器進(jìn)行并車同步抬吊，兩臺(tái)橋機(jī)電氣系統(tǒng)采用MPI網(wǎng)絡(luò)通訊，利用網(wǎng)絡(luò)將兩臺(tái)橋機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的相互傳輸，包括兩臺(tái)橋機(jī)的位置信號(hào)、橋機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等等，這里主要以自動(dòng)同步抬吊說明。

1、當(dāng)兩臺(tái)橋機(jī)開始并車同步抬吊時(shí)，將A車遙控器-SWBAB撥至主車位置，將B車遙控器-SWBAB撥至副車位置，此時(shí)如果將A車遙控器-SWCAB撥至并車位置，將B車遙控器-SWCAB撥至并車位置，這里有三種情況如下所所示：

①如果0≤1#-2#<1cm或0≤2#-1#<1cm，則兩臺(tái)橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)可以同步起升或下降；

②如果1#-2#≥1cm，如果執(zhí)行上升抬吊命令，則A車自動(dòng)減速，B車自動(dòng)加速，且各擋速度可調(diào)；

③如果2#-1#≥1cm，如果執(zhí)行上升抬吊命令，則A車自動(dòng)減速，B車自動(dòng)加速，且各擋速度可調(diào)；

2、如果在聯(lián)動(dòng)的過程中出現(xiàn)0≤1#-2#<1cm，如果執(zhí)行上升命令，則A車起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)減速，B車起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)加速，且各擋速度可以任意調(diào)節(jié)，直到1#=2#；如果在聯(lián)動(dòng)的過程中出現(xiàn)0≤2#-1#<1cm，如果執(zhí)行上升命令，則A車起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)加速，B車起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)減速，且各擋速度可以任意調(diào)節(jié)，直到1#=2#。

5、同步抬吊部分程序

同步抬吊部分程序如下圖4所示，同步抬吊負(fù)載測試系統(tǒng)見圖5：

圖4同步抬吊部分程序

圖5同步抬吊負(fù)載測試系統(tǒng)

6、常見故障及處理方法

在用戶長期使用的過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)吊鉤的實(shí)際位置與系統(tǒng)檢測顯示的位置不相符，出現(xiàn)這種情況的時(shí)候先排除外部原因，如編碼器聯(lián)軸器松動(dòng)、兩橋機(jī)起升卷筒鋼絲繩長期吊負(fù)載后有可能伸縮長度不一致、DP總線編碼器損壞等等，在外部原因消除的情況下這時(shí)只需要利用DP總線編碼器預(yù)置功能就可以重新調(diào)整編碼器的值了，此功能已經(jīng)提前預(yù)置在同步抬吊程序中，不再單獨(dú)列出。

7、結(jié)束語

經(jīng)過長時(shí)間方案論證的可行性、方案的具體設(shè)計(jì)、工廠與工地的測試、調(diào)試，我單位為津巴布韋自主設(shè)計(jì)制造的兩臺(tái)最大的地下廠房橋機(jī)起重機(jī)順利完成相關(guān)負(fù)荷試驗(yàn)，現(xiàn)場兩臺(tái)橋機(jī)同步抬吊負(fù)載見下圖5所示。經(jīng)檢測同步抬吊性能實(shí)用、穩(wěn)定、安全可靠，受到業(yè)主的高度贊揚(yáng)與一致好評。

圖5橋機(jī)同步抬吊負(fù)載總圖