机械电子式软起动装置控制系统的设计

韩 俊

(太原理工大学继续教育学院，山西 太原 030024)

0 引 言

机械电子式软起动装置是降低带式输送机起动及停车过程中动载荷的有效途径之一，通过控制带式输送机起停时的加、减速度，保证系统的可靠平稳运行，提高设备的运行效率。

1 机械电子式软起动装置控制系统的组成

机械电子式软起动装置由机械传动系统与控制系统两部分组成，如图1所示。机械传动系统由主电机、调速电机和差动轮系等构成，控制系统由计算机、可编程序控制器、变频器等组成。软起动装置在工作时，通过变频器与可编程控制器对调速电机的转速进行控制，使行星架的转速保持为零，主电机实现空载起动；逐步降低调速电机转速，使主电机逐步将动力施加在与输出轴相连的负载上，从而实现机械设备的软起动；通过主电机与调速电机在差动行星齿轮机构内的速度合成，使系统在相当大的范围内实现无级调速，并能够长期稳定工作在低速的状态下[1]。

图1 机械电子式软起动装置系统框图

2 机械电子式软起动装置控制系统的硬件设计

2.1 可编程控制器的选型

设计机械电子式软起动装置的控制系统时，采用PLC两级控制系统，首要的控制目标是确保系统工作安全可靠，能长期稳定运行，因此，控制系统以可靠性作为控制目标，设计时要优先考虑其通讯能力，然后根据被控对象的工艺要求及I/O系统考虑具体配置问题。

在众多满足系统工艺控制要求的PLC中，根据工程投资，选择性价比高的PLC。通过对可编程控制器各功能及参数的综合考虑权衡，设计用西门子SIMAT⁃IC S7-200可编程控制器，选用西门子CPU226型号6ES7 216-2BD 0XB0），可满足控制系统的设计要求。

S7-200能支持32位Windows 98和Windows NT使用环境。系统利用计算机的RS-232口与PLC（可编程控制器）的RS-485口进行通信，来自S7-200的信息能显示在任何Windows应用程序中，信息也能从Win⁃dows应用程序下装到S7-200中[2]。

2.2 变频器的选型

变频器用于对调速电动机提供变频电源，以便对其进行无级调速，以实现软起动、软停车、无级调速及过载自动保护功能。在系统设计过程中选用LG SV

008 iG5-4变频器，

变频器可使用操作面板控制，也可使用端子控制，也可使用RS485通讯接口对其远程控制，在本系统中采用RS485进行控制。LG SV 008 iG5-4变频器可以选择两种通讯方式，一个是LG变频器专用协议，另一种是MODBUS-RTU方式。考虑到通讯的复杂性与难易程度，在系统设计中采用LG变频器专用协议与西门子S7-200 PLC自由口通讯协议相结合的方式。

2.3 电机的选型

根据负载的大小与控制系统的工艺要求，选定电气传动的形式和电动机、电磁阀等执行机构。即选择主电机和调速电机的型号

1）对于主电机I，由于已知输入功率为11kW，输入转速为1 460 r/min，故选用Y160M-4型电动机。

2）对于调速电机II，由于输入功率为3 kW，调速转速为3 690 r/min，故选用Y100L-2型电动机。

2.4PLC资源配置

确定I/O点数是可编程控制器设计的关键问题，估算出被控对象的I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器，选择相应规模的可编程控制器并留有10%~15%的I/O余量。

由于整个系统涉及的基本都是开关量，且数量不是很多，所以选用西门子S7-200系列PLC CPU 226作为机械电子式软起动装置的控制单元，整个系统的资源配置，如表1所示。

在确定了机械电子式软起动装置控制系统中PLC的端子分配后，便可以确定控制系统接线图，如图2所示。

表1 PLC资源配置表

图2 机械电子式软起动装置控制系统的端子接线图

3 机械电子式软起动装置控制系统的软件设计

3.1 程序说明

主程序MAIN包括机械电子式软起动装置系统的自动控制、手动控制和急停，软起软停的程序，是程序的主体。主体程序是参照控制过程流程设计的。主要完成输入、输出动作，同时在主程序中对各条指令的状态器进行初始化，也对存储器要发送的指令初始化。

各子程序实现的功能分别为：SBR0为变频器发送缓冲区赋初值，SBR1调速电机按S曲线加速达到要求，SBR2调速电机按S曲线减速达到要求，SBR3调速电机停止。

3.2 通讯方式

在机械电子式软起动装置的控制系统中，软件系统的设计采用将S7-200PLC连接LG SV 008 iG5-4变频器，通过PLC与变频器的通讯来实现对调速电机启动过程的控制。采用自由口通信协议方式，将通信口设定为9 600 bit，无奇偶校验，每个字符8位，1个停止位。PC/PCI电缆上带有RS-232与RS-485电平转换器，设置PC/PCI电缆上的DIP开关。

4 结束语

对机械电子式软起动装置控制系统的设计过程进行了详细介绍。该系统以PLC为核心，能够准确完成设定的控制任务，通过控制两台电机的分时启动与自动切换，能实现按给定的加、减速度对负载进行启动和停车；应用差动传动与变频调速技术，通过主电机与调速电机在差动轮系的速度合成，可使机械电子式软起动装置能够在相当大的范围内无级调速，能够可靠和稳定的工作在低速状态下；实现了计算机与S7-200PLC程序之间的下载,S7-200PLC与变频器之间的自由口通讯。实践证明，控制方案可行，控制系统安全稳定，实现了控制的效果。

[1] 周满山.行星机构软起动的研究[J].煤矿自动化，1999（1）：53-56.

[2] 陈延康.机械控制工程[M].北京：煤炭工业出版社，2003:23-30.

[3] 胡学林.可编程控制器教程[M].北京：电子工业出版社，2003:85-208.