plc00040 熄焦车交流传动控制系统

摘要

熄焦车是煤焦化生产中的重要设备，将焦炉生产的赤热焦炭运送到熄焦塔熄焦，然后再把焦炭卸至凉焦台上。本设计要求的熄焦车的工艺要求有低速和高速两级速度，在接焦时要求电机车低速走行，接焦之后电机车高速运行，将焦碳送到熄焦塔，然后低速卸焦高速返回进行下一个周期。根据走行距离的远近，选择合适的速度运行，在到达目的地之前减速至对位速度(5或10m/min)确保对位精度。

在本系统中，主要的控制对象是电机，系统对于电机的控制是通过变频器来实现。通过可编程控制器和变频器跟电机共同构成变频调速系统，边陪你调速系统的设计主要是结合系统的静动态指标，本设计采用的交流电机拖动，其数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。为使得控制精度达到工艺要求，本设计的交流变频调速系统主要采用了目前控制交流变频方面较为先进的矢量控制技术。矢量控制是通过坐标变换来实现的，其原理是将三相交流电通过坐标变换变成两相电，使得三相交流电机具有像直流电机一样的工作性质。

本设计的控制系统构成：根据马钢煤焦化公司熄焦车系统的改造要求，以使系统能适应现场的恶劣工作环境稳定运行且便于操作和维护，使系统的控制方式简单合理且具有较高自动控制水平为目的，提出采用Profibus-DP过程现场总线技术构成分布式控制系统，以西门子公司S7-300型PLC作为主控单元、西门子6SE70系列全数字矢量型变频调速装置控制三相异步电动机作为系统的主传动装置来构成熄焦车控制系统，完成干式熄焦车系统的各项控制任务。西门子公司的S7-300型PLC模块化微型PLC 系统，满足中、小规模的性能要求；各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活，能满足本系统的设计要求。本设计采用的PROFIBUS—DP总线技术实现分布式控制，有效地简化了现场布线的复杂性，不仅节省大量电缆及敷设费用，而且调试维护简单方便，大大提高了。

关键字  变频调速，PLC，现场总线，矢量控制

目 录
1.前言    1
2.控制系统的设计    2
2.1系统的总体方案设计    2
2.2调速方案的设计    2
2.3熄焦车自动定位系统的设计    3
2.3.1 Profibus-DP现场总线技术简介    3
2.3.2 基于Profibus-DP总线技术的系统组成方案设计    4
3.交流传动系统的设计    6
3.1交流传动系统概述    6
3.2电机传动系统设计    6
3.2.1矢量控制原理    6
3.2.2异步电动机的矢量控制    8
3.3电压空间矢量PWM控制    10
3.3.1电压空间矢量的意义    10
3.3.2 SVPWM的控制基本原理    11
3.3.3 电机的转速控制    12
3.4电机的选型    12
4控制系统的硬件设计    14
4.1控制系统方案设计    14
4.1.1 PLC概述    14
4.1.2 PLC的选型    15
4.2变频器调速系统的设计    16
4.2.1变频器的原理    16
4.2.2变频器选型：    16
4.3控制器资源分配    17
5.现场总线    19
5.1现场总线概述    19
5.2系统的软件配置    21
6总结与展望    25
6.1总结    25
6.2展望    25
致谢    27
参考文献    28
附录 控制电路图    29

熄焦车是大型焦炉的配套设备，一般运行于焦炉焦侧下面的轨道上，用来承接由导焦车导出的1000摄氏度左右的焦碳，并将其运输至熄焦室进行熄焦，并最终将熄灭的焦煤运送到指定地点。熄焦车开始工作是在焦炉推焦的时侯，在熄焦车到达指定炭室下方的时候，会发出准备完毕的信号给四车联动系统，在判断其它车辆准备到位时，开始推焦，这时熄焦车用来承接由导焦车导出的1000摄氏度左右的焦碳，并将其运输至熄焦室进行熄焦，并最终将熄灭的焦煤运送到指定地点，熄焦车一次熄焦操作结束。

马钢焦化厂熄焦车原传动系统采用3相380V交流电、经滑触器引入电机车上，由两台交流绕线式电动机1D、2D（YZR315M-10 75KW 579rpm）拖动，双电机拖动由车体构成硬轴同步运转，两台电机各接入起动调速电阻1QR、2QR进行起动和调速，为了两台电机更好地同步和减少电动机的发热，在电机的转子电路都保留了一段常接电阻。系统采用的绕线电机串电阻调速方式，其优点是投资较为节约，启动转矩较大，但存在起、制动不够平衡，电气设备维护量较大等缺点，同时如干熄焦项目实施后，熄焦车的定位（定位精度±10mm）问题难以解决。

马钢焦化厂动力系统电机车的工艺有低速和高速两级速度，在接焦时要求电机车低速走行，接焦之后电机车高速运行，将焦碳送到熄焦塔，然后低速卸焦高速返回进行下一个周期。根据走行距离的远近，选择合适的速度运行，在到达目的地之前减速至对位速度（5或10m/min）确保对位精度。

PROFmUS—DP现场总线主要用于现场级的高速数据传输，完成自动控制系统（如PLC、PC等）通过高速串行总线与分散的现场设备（I／O、驱动器、阀门等）之间的通信任务。它适于在工业现场环境中运行，性能可靠、造价低廉，抗干扰能力强。采用PROFIBUS—DP总线技术实现分布式控制，有效地简化了现场布线的复杂性，不仅节省大量电缆及敷设费用，而且调试维护简单方便，大大提高了系统的实用性、可靠性和开放性。系统各种信息通过总线实现了高速准确的通信，从而使系统测量与控制精度从根本上得到保证。该系统目前已投入试运行，运行结果表明该系统控制精度高，运行稳定，抗干扰能力强，达到了预期的控制要求。