總線編碼器與S7-300在橋式起重機雙車抬吊上的應用

1、引言

我單位為辛巴威卡裡巴南岸水電站地下廠房自主設計製造的兩臺250t/50t/10t單小車橋式起重機（以下簡稱橋機），主要用於地下廠房內水輪發電機定轉子及其它設備的安裝和檢修，水輪發電機組起吊最重部件為轉子帶起吊軸，轉子裝配（含起吊軸）重量約403.5t。設計製造的兩臺橋機機械結構與電氣控制系統一模一樣。兩臺橋機分開操作時可以單獨司機室操作也可以單獨遙控器操作，並車操作時採用MPI網絡通訊，一臺橋機的司機室或者遙控器可以同時操作兩臺橋機的各個每個機構。兩臺橋機進行同步抬吊水輪機定、轉子時，兩橋機起升及大小車均需保持同步，考慮到布線的方便及系統的穩定性，電氣控制系統採用倍加福PROFIBUS-DP總線編碼器與S7-300PLC進行DP總線通訊，以獲取兩臺橋機主起升機構與小車機構的實時位置，從而保證其控制的精度及系統運行的穩定性。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328675.htm

2、倍加福PROFIBUS-DP總線編碼器

德國倍加福公司（P+F）是全球自動化行業中久負盛名的專業傳感器龍頭公司，其生產PROFIBUS-DP總線編碼器基於現代的快速的取樣技術。編碼器的絕對值符合PROFIBUS協議，操作基於Class1和Class2。對於基於Class1的編碼器，位置值和診斷數據，Byte1...16可用。另外，編碼器的方向可以選擇，CW（遞增）（順時針旋轉，碼值遞增），或者CW（遞減）（順時針旋轉，碼值遞減）。對於基於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，預設功能，另外支持延伸的診斷報告功能。除此之外，旋轉編碼器可以提供以下擴展功能，例如速度轉換，擴展比例功能，可編程的限位開關和調試模式。可拆卸的連接後蓋內裝有一個滑動開關用於設定終端電阻和旋轉開關用於設定地址。該系列PROFIBUS-DP總線編碼器主要有以下特點：

①工作電壓範圍寬達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波特率範圍寬達19.2KMBaud-12MBaud；⑤輸出碼為二進位碼、解析度高達65536步/圈；⑥編碼器可識別圈數寬達16384圈；⑦編碼器精度高達±2LSB/16位、±1LSB/13位、±0.5LSB/12位；⑧防護等級高達IP66、工作溫度範圍寬達-40~85℃；⑨具有靈活的預置功能與置零功能；⑩帶有選擇計數方向功能。

基於FuchsPROFIBUS-DP總線編碼器以上種種優良特點，所以在位置檢測功能中，選用帶有DP接口、型號為PVM58N-011AGR0BN-1213的絕對值編碼器來檢測和測量兩臺橋機主起升機構與小車機構的實時位置，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的系統組態

由於本橋機PLC系統採用了西門子S7-300，採用西門子編程軟體STEP7V5.5，在DP總線編碼器硬體組態前首先必須安裝P+F編碼器PVM58的GSD文件。安裝編碼器GSD文件時，在S7-300編程軟體的右邊硬體目錄PROFIBUSDP→AdditionalFieldDevices→Encoders→PEPPERL+FUCHS→P+FEncoder，從而將P+F編碼器接入了DP網絡，以此完成了橋機PROFIBUS-DP網絡的硬體組態，軟體選擇P+Fversion2.2multiturn，見下圖2所示，其中DP總線編碼器軟體設置見下圖3所示：

圖2S7-300PLC與DP總線編碼器的網絡硬體組態

圖3DP總線編碼器軟體設置

4、同步抬吊的依據與原理

兩臺橋機主起升機構在並車抬吊水輪發電機轉子或定子的時候，必須保證兩主起升機構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構吊鉤中心線同心）在一定的範圍內，如果超出了這個範圍，則對安裝水輪機定子和轉子勢必造成一定的影響。這就要求我們電氣控制系統中必須時時刻刻了解兩臺橋機的主起升機構與小車機構的實時位置，以便操作者進行自動或手動調節垂直高度差和水平差值。在這裡主要列出垂直方向主起升機構同步抬吊的原理，水平方向小車機構與主起升機構自動同步抬吊原理一樣。為了方便描述，將A橋機主起升機構檢測到的高度值簡稱為1#，將B橋機主起升機構檢測到的值簡稱為2#，利用A車採用遙控器進行並車同步抬吊，兩臺橋機電氣系統採用MPI網絡通訊，利用網絡將兩臺橋機的數據實時的相互傳輸，包括兩臺橋機的位置信號、橋機的運行狀態等等，這裡主要以自動同步抬吊說明。

1、當兩臺橋機開始並車同步抬吊時，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，此時如果將A車遙控器-SWCAB撥至並車位置，將B車遙控器-SWCAB撥至並車位置，這裡有三種情況如下所所示：

①如果0≤1#-2#<1cm或0≤2#-1#<1cm，則兩臺橋機主起升機構可以同步起升或下降；

②如果1#-2#≥1cm，如果執行上升抬吊命令，則A車自動減速，B車自動加速，且各擋速度可調；

③如果2#-1#≥1cm，如果執行上升抬吊命令，則A車自動減速，B車自動加速，且各擋速度可調；

2、如果在聯動的過程中出現0≤1#-2#<1cm，如果執行上升命令，則A車起升機構自動減速，B車起升機構自動加速，且各擋速度可以任意調節，直到1#=2#；如果在聯動的過程中出現0≤2#-1#<1cm，如果執行上升命令，則A車起升機構自動加速，B車起升機構自動減速，且各擋速度可以任意調節，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，同步抬吊負載測試系統見圖5：

圖4同步抬吊部分程序

圖5同步抬吊負載測試系統

6、常見故障及處理方法

在用戶長期使用的過程中，有可能會出現吊鉤的實際位置與系統檢測顯示的位置不相符，出現這種情況的時候先排除外部原因，如編碼器聯軸器鬆動、兩橋機起升捲筒鋼絲繩長期吊負載後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只需要利用DP總線編碼器預置功能就可以重新調整編碼器的值了，此功能已經提前預置在同步抬吊程序中，不再單獨列出。

7、結束語

經過長時間方案論證的可行性、方案的具體設計、工廠與工地的測試、調試，我單位為辛巴威自主設計製造的兩臺最大的地下廠房橋機起重機順利完成相關負荷試驗，現場兩臺橋機同步抬吊負載見下圖5所示。經檢測同步抬吊性能實用、穩定、安全可靠，受到業主的高度讚揚與一致好評。

圖5橋機同步抬吊負載總圖