振华桥吊

点滴积累之四振华桥吊国投镇江港集装箱公司机械队一、桥吊电气的核心部分的详细说明1、可编程控制器本桥吊采用西门子S7-400可编程控制器。在工控机房的PLC柜，安装S7-400的电源模块PS407-4A、CPU模块416-2DP、通讯接口模块CP443-1。在PLC2柜、MCC3柜有PLC2分站、MCC3分站（以上在电气房）；在后大梁有BKIO分站；在俯仰控制室有BOS分站；在西横梁有GIO分站；在司机室的控制柜有SPIO分站；左/右操纵台有LCIO和RCIO分站。各分站采用S7-300系列的模块，每分站有ET-200M分站家族的通讯接口模块IM153-1和若干I/O模块组成。每分站有各自的站号，它们和变频器统一按序编号。CPU与各分站构成主从通讯形式，由PROFIBUS总线进行通讯。下图是HG1INV的网络地址、通讯速率等。系统的构成如下下图所示。2、前端设备从电气的角度认识和分析桥吊，可以从“动力”和“信号”两条路来进行。这里着重说明“动力”部分。本桥吊的“动力”部分有它的独特的地方。由1600KVA主变压器的两组分别接成Y-Δ的付绕组，各输出440V的三相交流电压，给两个AFE柜供电。两组付绕组的输出电压相差30度电角度，各自全波整流后并联，成12波头的脉动电压，可以减少直流母线的脉动分量，降低对滤波电容的要求。另一方面，可以大为减少电源侧电流的高次谐波的成分。AFE的全称为“ActiveFrontEnd”，一般称作“前端设备”。它有两个作用，一方面，把交流电整流成直流电，提供给后面的变频柜变成频率、幅植可调的交流电，拖动三相交流电机。另一方面，它把交流电动机在发电状况（典型的是重箱下降时），由变频器反送回来的电能（在直流母线）逆变成工频电，回馈给电网。AFE与各变频器通过直流母线连接。两个AFE前各有一个交流电抗器与电源隔离，防止高次谐波反送到电网。正常远行时，两个AFE同时接在直流母线上。当其中一台有故障时，可以切除，仅让一台AFE作，这时各机构可以工作在慢速状态。每台AFE的容量是710KW。3、变频器变频器是西门子6SE71系列。四大机构动作的变频器共有三个：H/G1INV，起升/大车1变频器；H/G2INV，起升/大车2变频器；两者的容量是630KW。T/BINV，小车/俯仰变频器，250KW。H/G1、H/G2变频器各拖动一台460KW的起升电动机或10台15KW的大车电动机。T/B变频器拖动一台250KW的小车电动机或250KW的俯仰电动机。同一变频器拖动的两个机构电动机不能同时工作，是由接触器来切换。两个起升/大车变频器中，1#为主，2#为从，两者之间由光纤传输的SIMOLINK通讯。起升动作的速度指令先到1#，经1#计算之后，速度/转矩再传送到2#。这样保证两台变频器/电动机的速度和出力相平衡。AFE和各变频器的控制回路的工作电源，都由柜供给，为了提高可靠性，隔离输电线路进入的干扰，通过两台1000伏安的在线式UPS，提供纯净的220V、50HZ正弦电压。4、矢量控制各电动机的转速控制采用矢量控制方式。矢量控制是模仿直流电动机的控制方法。电动机定子中互差120度电角度的三相电流在空间相距120度的绕组产生旋转磁场，在保持磁势相同的前提下，可以由互相垂直的两相绕组里的相位差90电角度的电流所产生。如果有一对互相垂直的、与旋转磁场同步转动的、其中纵轴与转子磁链重合的两相绕组，里面通过合适的直流电流，同样可以产生相同的旋转磁场。这样，通过两次等效的转换，定子中的三相交流电流就由旋转的两个独立的直流电流等效。当观察者和旋转磁场同步旋转，看到的这两个电流就和直流电动机中的一样，成为互相正交的两个分量：直轴的励磁分量和交轴的转矩分量。下面的功能图的左上部分（见矢量大全下P55图-285）反映了在变频器中进行的由三相静止坐标系到两相静止坐标系、两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换过程。因为在三相电路中，有三相电流的和为零的关系，所以只需要检测其中的两相电流就可以了。转换的结果，是将定子电流分解成旋转坐标系中的两个垂直的分量：直轴和交轴分量（Isd和Isg）。进一步根据定子电流的直轴和交轴分量（Isd和Isg），计算出来转子的磁通ψ，这个环节称为磁通观察器。见下图，上图中参与计算转矩的ψ就是这儿得到的。所以，就可以分别控制这两个电流分量来控制电动机的磁场和转距。根据控制指令和实测到的三相电动机的转速，计算出相应的变频器输出的电压频率。同时，可以计算出相应的电动机定子电流的励磁分量和转距分量的设定值，与实测到的三相电流解耦成直轴分量（Isd）和交轴分量（Isg）比较，综合成定子电流的电流幅值给定信号和相角给定信号。前者控制变频器输出的电流幅值，后者控制逆变器换相的触发时刻。整个转速控制系统和典型的直流电动机的转速控制系统一样，是一个以电流环为内环，速度环为外环的双环控制系统。控制框图如下：5、变频器的通讯变频器的运行是通过PLC提供的指令来进行。PLC的指令由PROFIBUS总线传送到各变频器，用通讯电缆传送。各变频器的运行状态也由PROFIBUS总线传送到PLC。每个变频器都有自己的站号，它们是：AFE1#，Add:4；AFE2#，Add:5；H/G1INV，Add:6；H/G2INV，Add:7；T/BINV，Add:8。(详见桥吊原理图P14，Sheet00）。这个站号是在编程软件STEP7的硬件设置中编排定的。与日系的PLC-变频器系统不同，运行指令的转送是通过传送数据块、PZD、连接器的方式组织的，而不是在输入、输出映像区开辟变频器对应的区域，按类似I/O口操作来进行的。在PLC的程序中，FB22、FB23、FB24分别是H/G1INV、H/G2INV、T/BINV的通讯功能块。以H/G1INV为例，以下是发送报发文，其中，PCD1是控制字，PCD2是速度给定字。DB123是FB22的背景数据块。因为变频器的通讯板是CBP2，所以它的过程数据字是16个。以下是接受报发文，其中，PCD1是状态字，PCD2是速度反馈值。二、关于桥吊程序1、桥吊的PLC程序用软件STEP7打开和监控关于STEP7的安装、功能、一般的使用以及编程语言和指令等，有很多资料及书做介绍。桥吊的工控机安装好STEP7，并且已经装入了桥吊的PLC程序。打开STEP7，在窗口左侧的结构树框里，按以下路径：Zhenjiang-805/SIMATIC400Station/CPU416-2DP/S7Program/Sources/Blocks，在右面的工作窗口出现整个程序的内容。其中，“OB”是组织块，“FB”是功能块，“FC”是功能，“DB”是数据块。每个块都有简单的词汇说明其作用。在某个块上双击，就可以把它打开。在STEP7的菜单选View/DisplayWith/SymbelInformation，可以显示程序中各元素的注解。把光标放在某个元件上（某接点上），右键，弹出一个编辑菜单，选GoTo/Location，弹出对话框，显示该接点被使用的其他程序段。可以选择起一进入某程序段，检查这部分程序的执行情况。2、PLC程序的上传和下载（1）硬盘到STEP7：在STEP7的“File”“Open”，出现“OpenObject”对话框，选择程序文件所在途径，“OK”即可。（2）将已打开的程序压缩成.zip格式文件：在STEP7的“File”击“Archive”，出现“Archiving”对话框，选择程序文件（.zip文件格式)存储途径，“OK”即可。（3）解压程序文件压缩包（.zip文件格式)：在已打开的程序的STEP7窗口，在STEP7的“File”击“Retrieve”，出现“Retrieving-Selectanarchive”对话框，选择程序文件（.zip文件格式)途径，“OK”即可。（4）将已打开的程序下载到内存卡：将摸式开关切换到STOP，然后通过STEP7点击菜单“PLC”/“SavetoUserProgramtoMamoryCard”。（5）将已打开的程序下载到PLC的CPU：在已打开的程序的STEP7窗口，在工具条上击“Download”扭。在下的STEP7窗口，下载的是整个用户程序，包括硬件配置、组织块，功能块，变量表等。在下图所示的窗口，在工具条上击“Download”扭，是仅下载打开的某一个功能块的情况。（实际例子是FC31）6、PLC程序中常见点的强制方法在西门子PLC程序中，一般习惯用串、并联接点的办法进行强制。如下图中的接点“CC”。强制后存一下盘，再下载到CPU。如果是临时措施，不要下载到闪存卡。要注意及时恢复原来状态。7、程序分析举例以下分析PLC程序是如何区分变频器是拖动起升电动机还是大车电动机的。这里想说明PLC程序（FB与FC）、数据块（DB）、与变频器的参数表、以及《矢量大全》的功能图是如何联系的。由以下程序段可以看出，当大车指令有效时，M359.7为“1”，而起升指令有效时为“0”（如果其他外部条件都满足的话）。下面的程序段说明，当大车指令有效时，M359.7为“1”，控制字第16位的FDS（功能数据组参数）、第18位的MDS（电机数据组参数）、第30位的BICO（基本/备用数据组）都置为“1”。而起升指令有效时为“0”时，则都置为“0”。DB123是PLC向变频器发送的程序FB22的数据块，在执行FB22时，在PZD3发送。因为每个参数序号的高位保持在“0”，所以低位的“0”对应于各数组中的编号“1”，“1”对应于各数组中的编号“2”。关于MDS（电机数据组参数）、FDS（功能数据组参数）、BICO（基本/备用数据组）的具体内容见《矢量大全》P70、P71、P72。下面是DB123数据块的内容。再望下的“+46.0”、“+48.0”、“+50.0”是这三个数据由变频器反送回来的值。它们位于接收数据的PZD7、PZD8、PZD9。参数P734表示变频器反送回PLC各PZD的连接，由P734.7、P734.8、P734.9表明PZD7、PZD8、PZD9连接K34、K35、K36。在功能图-540-里，K34、K35、K36是三个数据的实际值，但是它们的序号是从“1”到“4”，不同于从控制字中发出的“0”到“3”。所以在程序的Network25、26中，分别用“1”和“2”来两个不同的序号了。三、变频器故障记录与关键参数查询方法变频器的故障，在变频器参数表中可查询。更方便的是在变频器柜门上的数字面板上可以看到，它以“FXX”的方式显示。“FXX”称为故障代码。故障代码表在“矢量大全”中提供，部分如下页所示。在“矢量大全”中，说明了变频器关键参数的参数号，分别为表r002，显示速度实际值；r003，显示变频器或逆变器输出电压(基波有效值)；r004显示变频器或逆变器输出电流(基波有效值)；r005显示输出有功功率；，r006，显示直流母线电压；r007，显示转矩；r009，显示当前电机温度。等等。就起升1#变频器为例，它们可在STEP7/HG1INV/MastredriveVC/Parament项进入DriveMontion，击击工具，进入参数表。四、大车电缆卷筒的控制1、一方面，由大车变频器通过通信传送速度指令，另一方面，PLC根据电缆卷筒上实际卷取的电缆排列的直径，依照设定的张力限定，计算出转矩限止值。由于有了张力控制，能大大地延长电缆的使用寿命。装在电缆卷筒轴上的角度传感器检测到正比于角度的4—20ma的电流信号进入GCR变频器的接线端子X102：17、18进行A/D转换（见KMSch677compl.pdfpage13，以及矢量大全下册page32，功能图-82-）。转换、处理的结果通过连接器K0013连至U107，U107指示，该值与K407连接的另一个乘数（U007中的常数：147）的积，由K0467连接到P734.010。这样,就由通讯包中的PZD10传送到