一、概述
    卷扬上料小车是活性石灰竖窑及其它工业竖窑的主要生产设备之一。广泛用于冶金、有色金属行业等。卷扬上料小车在整个系统中起着至关重要的作用,该设备能否正常运行直接影响炉况、产品的质量和产量。

    福建三钢（集团）有限责任公司气烧窑各采用一套单斗卷扬变频设备，每套设备配备VT230S-022H变频器，制动单元及制动电阻,利用智能主令灵活进行卷扬位移及速度控制。

二、主设备简介
1．单斗卷扬
    主要由斜桥（全长约35m），上料小车、配重、卷扬、驱动装置组成，是上料系统的核心设备。

2．智能主令控制器
    原有卷扬行程控制采用凸轮控制器来完成，控制精度低，调整极为繁琐且常易发生上料小车坠入炉内的重大设备事故。ZNLK系列智能主令控制器，具有运行可靠、响应速度快、分辨率高、控制准确、调整方便、状态存储等优点。主要由主控单元（S7-200PLC，触摸操作面板），现场变送单元（旋转编码器及传动装置），连接电缆组成。智能主令通过检测卷筒转动来得到准确的位移量,系统通过检测到不同的位移信号来发出指令去控制明电舍变频器启停,变速运行来完成整套设备的控制.

3．VT230S高性能交流调速器——新一体化交流驱动装置

3．1、ACL交流进线电抗器
      如果供电变压器的容量大于变频器的容量的10倍应安装该装置,以保护变频器（与电源平衡）.该装置可以有效的改善功率因素（将达到大约0.9）,并能抑制电流中的高次谐波. 

3．2、DCL直流电抗器
    该装置可有效改善变频器输入端的功率因素（将达到大约0.9）,并一如交流电抗器能与电源侧的交流电抗器相平衡.

3．3、EMC滤波器
    该装置可有效抑制变频器产生的电磁干扰,这种电磁干扰是通过无线电频带中的电磁辐射耦合到电网中.该装置可使用变频器与周边装置相平衡.

3．4、DBU制动组件
     当电机使用动态制动方式停车选用该单元.

3．5、一体化多模式驱动
● 无传感器矢量控制
● 有传感器高性能矢量控制
● PM驱动节能
● V/F变转矩控制
● V/F恒转矩控制

3．6、操作简单
● 旋钮
● 矢量控制自动调整
● 支持PC软件驱动

3．7、友好的环境设计 
● 软声PWM
● 在IM驱动中具有PM驱动能力和节能功能

三、系统配置及工作原理
    每窑各配置一套单斗卷扬智能主令控制器、变频器，每套VT230S-022H变频器各配有制动单元及制动电阻。主回路配有电流继电器。等短路，接地等保护。

1、单斗卷扬原理及工艺分析

工作原理：
    三钢矿山石灰窑，料车轨道长35m，根据石灰竖窑生产工艺要求，启动卷扬小车的上升按扭信号后，变频器控制卷扬电机带动载料小车按低速运行。运行上升约3.5m约6S后载料小车上升速度由低速变高速，到顶前约3.5m载料小车上升速度由高速变低速，载料小车到顶倒料时间约10S，到底后开始启动振动给料机给料，料满后开始第二个周期过程。整个上料周期根据炉况及产量而进行调整。载料小车的运行模式由智能主令控制器和PLC来控制, 运行速度由变频器调节。

控制方案：
　　（1） 系统采用单斗载料方式，其控制过程为:当单斗下降到底部后，振动给料机将已称好的原料混匀倒入单斗之中，称量斗料门关闭后,PLC发出命令给小车,单斗开始上升，其运行遵循设定曲线按慢-快-慢实现矿车的上升、下降。变速点由主令控制器控制,靠控制变频器按多步速度运行来完成。所以，主令控制器在控制单斗上升、下降过程中需要6个关键控制点，即上加速、上减速、上到位、下加速、下减速、下到位。
　　（2） 为了确保载料小车在生产过程中准确无误地运行，在 PLC中我们必须设置以下几个条件变量:
　　小车上升信号、小车停止信号 、小车机械部分无故障信号、卷扬电机没有上过卷、钢丝绳松开关未动作、手动事故开关未动作、变频器无故障、小车到底等待信号。
　　当卷扬工作时，操作盘上设有自动上料按钮,如果PLC接受到条件参数都满足，且自动上料按钮按下，小车才能延时上升,在整个运行过程中,PLC不断接收信号并在画面上显现小车位移量。
　　（3） 变频控制系统，通过设定启动频率,第一运行速度、第二运行速度等多点速度（具体何时变速由智能主令控制器发出）。逆变器运行的条件是接到上升、下降命令，此命令由PLC根据运行约束条件输出上升、下降点来控制。

    上述两个条件具备后，逆变器就输出可变频率的电源，电机随之平滑、无级调速运转，如果运行中出现欠压、过载、过流等运行约束条件出现。综合报警就会动作，切断控制回路，同时在逆变器面板上的数字监视器显示相应的故障信号。为了保证载料小车上料周期，提高产量，减少小车故障。载料小车在上升或下降过程中，运行状态分成三个阶段:加速段、恒速段、减速段。其中4个变速点（上升、下降各2个）是通过智能主令控制器发出信号给变频器，来实现低速—高速—低速的变换。

    变频器接线图如下：

     如图：RST为变频复位端子，RUN为变频运行信号端子，PSI1、PSI2、PSI3为自定义编程端子，设定手自动切换及接收智能主令控制器位移控制信号。

四、变频器和PLC通讯设置
1、变频器参数设置
　　C02-0=0 （速度输入设定：键盘）
　　C03-0=0 
　　C03-1=0 
　　C03-2=0
　　C03-5=16（置为COP常有效）
　　C04-1=16（VFS速度设定常有效）
　　C04-2=4（优先选用IFS或VFS的设定值）
　　C04-5=0 
　　C07-0=2缺省（速度设定1为FSV——0-10V电压给定）
　　C07-1=3缺省（速度设定2为FSI——4-20ma电流给定）
　　C30-0=2（根据现场选择负载类型）
　　C35-0=1（PROFIBUS地址设置）

2、PLC硬件配置
    现以西门子STEP7组态软件为例说明其通讯过程：
　　● 打开SIMATIC MANAGER 
　　● 打开一个新项目，使用一个新名称 
　　● 用菜单命令INSERT>STATION>SIMATIC400-STATION插入一个新对象 
　　● 双击SIMATIC-STATION，在右窗口中出现图标HARDWARE 
　　● 双击图标HARDWARE，打开设计对话框 
　　● 自动插入硬件目录（HARDWARE-CATALOG） 
　　● 自动插入RACK、POWER、CPU和DPSTRANG  
　　● 把明电舍的GSD文件输入到硬件组态程序中　
　　● 激活GSD文件，在STEP7硬件组态中完成下列过程：Tools update device database files
　　●从硬件目录中打开目录PROFIBUS-DP ，在里面的ADDITIONAL FIELD DEVICES的DRIVES中找到V23-SL6
　　●将其插入到一个DP-MASTER SYSTEM中，并按照预先定义好的地址输入SLAVE地址。
　　●存储当前组态，将它下装入CPU中。
　　 然后使用相应的上位机监控软件对其进行读写操作即可完成明电舍变频器与现场总线设备之间的通讯。

五、小结
   本套系统自从投入运行以来，系统运行平滑,极大减少了高速启动、快速制动的冲击,设备运行调节控制十分灵活方便,有力改变了单斗卷扬原先机械电气故障频发的状态,为生产高效有行发挥了重要作用。

参考文献
1、明电舍变频调速器 使用说明书
2、S7-300PLC模板规范手册                  SIEMENS公司
3、STEP7编程手册                          SIEMENS公司   
4、S7-300产品目录                         SIEMENS公司
5、孙锡生.影响炼钢用活性石灰质量的因素,石灰.1998
6、Z NLK智能主令控制使用说明书