王 勐， 郭金库， 孙喜庆， 陈 军

0 引 言

我国牙轮钻机系统是采用传统指针仪表和操作按钮相结合的方式控制的，牙轮钻机的主要部件由回转系统和加压提升系统组成。牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转扭矩把岩石破碎。牙轮钻机作为复杂的集成系统，设备一旦发生故障，检修人员很难及时发现并排除故障。文中对S7-300在牙轮钻机的通信中进行应用研究，通过SI-P1通讯卡实现了S7-300和安川G7变频器的通讯，从而能够及时地找出故障，发现潜在故障和实际存在的故障，定位故障，指导维护人员及时维护设备，降低维修成本［1－2］，提高经济效益。

1 系统的硬件设计

1.1 系统的硬件组成

系统硬件组成主要由通信卡、可编程逻辑控制器和触摸屏构成。通信卡安装在回转电机和提升电机两台变频器上，负责采集回转、提升电机的电压、电流、频率等相关电气参数，可编程逻辑控制器主要负责与通信卡、触摸屏PROFIBUS现场总线通信工作，控制器与通信卡完成数据采集提取工作，把采集到的各种电气信号交由触摸屏进一步分析、处理［3－4］。

系统的硬件组态图如图1所示。

图1 系统的硬件组态图

在安川变频器端加装了两台SI-P1智能中央处理通信卡，并为各自分配了不同的通信地址，其中，提升电机的站地址为3，回转电机的站地址为4。在与PLC进行组态的时候，采用了不同的地址段，对变频器的数据分别进行读取，然后送到上位机上进行显示。

1.2 人机交互界面

上位机显示界面如图2和图3所示。

图2 牙轮钻机故障诊断专家系统

图3 提升电机、回转电机运行状态

系统软件主要由安装在触摸屏上的Access和Wincc flexible组态软件构成，Access数据库负责存储记录系统各种电气信号。Wincc flexible组态软件负责前台显示工作，组态软件的使用，减少了编程时间，缩短开发周期。

1.3 系统的硬件连接图

系统的硬件连接图如图4所示。

图4 系统的硬件连接图

东鞍山铁矿采用的是安川G7110kW的变频器，为了采集电机的数据对电机的状态进行实时监控，选择了带有PROFIBUS总线的智能中央处理单元，同时，采用了西门子公司的S7-300大型工业级PLC作为与智能中央处理单元的连接器，在安川变频器端，加装了两台SI-P1智能中央处理通信卡，实现了变频器与中央处理单元的通信。

2 系统软件设计

2.1 流程图

使用MEMOBUS信息时，同步信号交换方法的流程图如图5所示。

SI-P1卡备有3种输入、输出数据长度（Extended data1＝32字节，Extended data2＝12字节，Basic data＝6字节）可供选择。这里选用Extended data1，其前15个字节为高速I／O数据区域，可以直接和变频器进行数据传输。而后15个字节为MEMOBUS信息区域，该区域使用MEMOBUS信息使变频器进行通讯。该区域的数据经SI-P1卡接收后进行编辑，然后再传送给变频器，所以至回信的时间较长［5－9］。为此，需要在主站侧通过建立同步交换取得同步。

图5 流程图

2.2 字节地址对照表

字节地址对照表见表1。

表1 变频器→PROFIBUS-DP主站

2.3 PLC部分程序

PLC部分程序如图6所示。

图6 PLC部分程序

3 结 语

PLC具有功能丰富、工作可靠、使用方便等特点，目前已成为工业企业自动化控制中不可缺少的部分，为提高现代化自动化生产水平，提高科技含量都提供了很好的控制平台，同时在各领域中都体现出其优势。尤其在环境恶劣的情况下，依然能保持着稳定的工作状态，在长期的工作和实践过程中提供了优质的控制系统。S7-300PLC有相当高的性价比，通过通讯方式将S7-300PLC和安川G7变频器联系在一起，应用于牙轮钻机系统中，能够及时地发现系统的故障及潜在故障，改变了以往故障排除难的状况。相信此方案在牙轮钻机系统中的应用会得到更加充分的发挥和拓展。

［1］ 王保松，郭晋，高仲.PLC控制技术研究概述［J］.科学之友，2011（12）:157.

［2］ 方志平.基于数据处理的PLC优化设计-YL-235A机械手PLC 编程［J］.工业控制计算机，2011，23（12）:100-101.

［3］ 李黎.浅谈PLC应用及使用中应注意的问题［J］.科技资讯，2011（34）:90.

［4］ 李丙林，宋殿斌，刘克平.PLC和触摸屏在耐压试验监控系统中的应用［J］.长春工业大学学报:自然科学版，2011，32（4）:394-398.

［5］ 朱善君.可编程控制系统——原理·应用·维护［M］.北京:清华大学出版社，1994.

［6］ 陈在平，赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计［M］.北京:机械工业出版社，1999.

［7］ 廖常初.S7-300／400PLC应用技术［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［8］ 刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2004.

［9］ 胡健.西门子S7-300／400PLC工程应用［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2008.