基于PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機中的應用

1、收稿日期:2004-04-05作者簡介:劉小慶(1980-男,安徽岳西人,武漢科技大學碩士研究生,研究方向為機電一體化;范勤(1960男,湖北武漢人,武漢科技基于PLC 控制的變頻調(diào)速在橋式起重機中的應用劉小慶,范勤(武漢科技大學機械電子工程研究所,湖北武漢430081摘要:采用可編程序控制器(PLC和變頻器對橋式起重機控制系統(tǒng)進行改進設計,實現(xiàn)起重機的變頻調(diào)速,達到設備安全可靠運行,減輕人員勞動強度、提高工作效率的目的。關鍵詞:橋式起重機;變頻器;PLC;控制系統(tǒng)中圖分類號:TH122 文獻標識碼:B 文章編號 :1006-0316(200408-0015-02The frequency c

2、onversion adjust the speed of bridge crane on the basis of PLC controlLIU Xiao-qing ,FAN Qin(Wuhan University of Science and Technology ,Wuhan 430081,China Abstract: Improved design to the control system of bridge crane is using PLC and frequency converter, realizing bridge crane frequency variable

3、frequency speed control, safe and reliable operation, as well as reduced labor strength, increased efficiency. Key words: bridge crane; frequency converter; PLC; control system隨著電力電子技術的發(fā)展,變頻調(diào)速作為一種調(diào)速方法自本世紀初提出以來發(fā)展十分迅速,它在節(jié)能,維護量小,自動控制性能好等方面有明顯的優(yōu)點,變頻技術正普遍應用于電力拖動領域,特別是對一些耗能較大的設備實行變頻調(diào)速,取得了明顯的節(jié)能效果,而起重機械設備的拖

4、動調(diào)速系統(tǒng)在低于額定轉(zhuǎn)速時,仍然主要是通過轉(zhuǎn)子的外接電阻消耗能量來實現(xiàn)。我們通過對橋式起重機進行變頻調(diào)速改造后,結(jié)果表明節(jié)能效果十分顯著。本文簡述了變頻技術在橋式起重機傳動系統(tǒng)中的應用。1橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)組成橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)、下位機(PLC 控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。 1.1功能要求橋式起重機大車、小車、主鉤、副鉤電動機都需獨立運行,大車為4臺電動機同時拖動,所以整個系統(tǒng)有7臺電動機,4臺變頻器,并由可編程控制器分別加以控制。起重機必須實現(xiàn)的操作功能有:主鉤升降,副鉤升降、大車運行,小車運行;保護功能有:主副鉤上升限位、下降限位、大車

5、限位、小車限位,主副鉤及大小車電機的保護等。 1.2工業(yè)觸摸屏系統(tǒng) 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)采用 5.7英寸西門子產(chǎn)品TP170B,與PLC 控制系統(tǒng)連接,利用強大的工業(yè)觸摸屏組態(tài)軟件進行開發(fā),它一方面采用直觀人機界面,能夠明確指示操作員機器設備目前的狀況,使操作簡單生動,減少失誤;另一方面人機界面具有故障顯示及控制變頻器全變頻調(diào)速等功能,只需點擊畫面上的按鍵,與其相關的文件數(shù)據(jù)就被激活,通過上位機和下位機通訊,實現(xiàn)對設備的實時監(jiān)控。1.3PLC控制系統(tǒng)根據(jù)起重機實際應用的要求,可選用日本三菱公司FX2N-128MR型可編程控制器作為起重機的中樞控制系統(tǒng).基本配置包括:主處理單元FX2N-

6、128MR,擴展單元FX2N-16EX,穩(wěn)壓電源,繼電單元。FX2N-128MR為繼電器輸出類型,輸出64點,輸入24VDC,64點;FX2N-16EX為16點輸入單元。主處理單元配有通訊接口,可以和上位機通訊。其作用為:控制起重機大車、小車的運行方向和速度換檔。接受電機的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)PG數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達的反饋信號,避免吊鉤的下滑。減小了傳統(tǒng)的繼電-接觸式控制的中間環(huán)節(jié)。減少了硬件和控制線,極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。1.4變頻調(diào)速系統(tǒng)起重機各機構(gòu)負載為恒轉(zhuǎn)矩負載,生產(chǎn)廠普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器,如日本的安川、三菱、富士、德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。其中安川變頻器具有較合理

7、的價格,完善的理論計算書及輔件推薦值,有利于用戶合理選用。本設計選用日本安川616G5變頻器。對于大車采用一臺變頻器控制4臺同樣電機拖動大車,保持大車的同步運行。調(diào)速范圍一般應在6:1。變頻器容量應為一臺電機的4倍。小車采用一臺變頻器控制一臺電機,因行程較短,調(diào)速范圍一般應在4:1。對于主、副鉤的拖動,因為在重物開始升降或停止時,要求制動器從抱緊到松開,再到抱緊的動作過程需要一段時間,而電機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失在通電或斷電瞬間就立刻反映。這樣在兩者動作的配合上極易出現(xiàn)問題,所以必須加上由旋轉(zhuǎn)編碼器、PG數(shù)模轉(zhuǎn)換和PLC相結(jié)合的閉環(huán)系統(tǒng),使主副吊鉤拖動更加穩(wěn)定、可靠。2控制系統(tǒng)設計根據(jù)起重機工作要求

8、,要實現(xiàn)對變頻器的控制,PLC必須接受操作信號并進行綜合處理和控制變頻器輸出,驅(qū)動電機動作,它與變頻器之間的聯(lián)絡主要有:多段速控制信號,制動信號,正反轉(zhuǎn)信號,運行應答,達速控制,故障處理等。主提升機構(gòu)系統(tǒng)圖如圖2。3系統(tǒng)軟件設計根據(jù)起重機工作要求,將控制程序模塊化,主要包括主鉤控制模塊,副鉤控制模塊,大車控制模塊,小車控制模塊,保護功能模塊。程序模塊化不僅減少了程序語句,縮短了程序處理時間,提高了控制系統(tǒng)的響應能力,還利于實現(xiàn)起重機帶載快速調(diào)試,便于調(diào)試人員迅速查找、優(yōu)化程序。以主鉤控制模塊為例對程序加以說明。 圖2主提升機構(gòu)系統(tǒng)圖3.1工作過程利用變頻器內(nèi)部設定的多段速功能自動完成主鉤的啟動

9、,提升,下降功能。為防止帶載提升時出現(xiàn)溜鉤,利用變頻器自檢測的達速信號作為報閘打開指令,這樣在報閘打開之前電機已經(jīng)輸出提升轉(zhuǎn)矩保證吊物穩(wěn)定運行。如果負載超出提升能力限制而導致溜鉤,速度傳感器檢測速度變化異常,立即發(fā)出超速信號,通過PLC綜合處理,控制報閘閉合變頻器停止運行,并向操作人員顯示故障。3.2 控制流程圖3控制流程圖副鉤、大車、小車電動機運行在電動狀態(tài),控制過程基本相似,變頻器與PLC之間控制關系(下轉(zhuǎn)第19頁包括:壓力容器基本資料、缺陷評定目標、缺陷評定規(guī)范及評定方法、典型評定過程示例等。知識庫詳細結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3知識庫結(jié)構(gòu)圖4壓力容器缺陷計算機輔助評定過程(1失效模式的判斷:

10、壓力容器缺陷的失效模式有斷裂、塑性失穩(wěn)、疲勞失效等失效形式。首先根據(jù)失效形式選擇合適的評定規(guī)范和相應的評定方法。(2典型缺陷的危害性分析與缺陷表征:從偏于安全的角度出發(fā),對現(xiàn)行缺陷進行表征規(guī)則化處理,復雜缺陷簡化為幾何結(jié)構(gòu)、表面凹坑、埋藏裂紋、腐蝕等缺陷。(3壓力容器的應力應變分析:選用合適的應力分析方法,確定壓力容器的受力狀態(tài),主要參數(shù)有薄膜應力、彎曲應力、殘余應力、峰值應力等。(4確定材料性能參數(shù):采用取樣的方法,進行拉伸、硬度、斷裂韌性等各項機械性能測試,并進行化學成分、顯微組織與斷口分析,為安全評定研究提供可靠數(shù)據(jù)。(5缺陷安全評定計算:根據(jù)安全評定圖或評定準則完成缺陷評定。根據(jù)缺陷評

11、定的詳細流程圖完成軟件的模塊化設計,包括缺陷評定模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、系統(tǒng)知識庫模塊等。5結(jié)論壓力容器缺陷評定系統(tǒng)對實際工程進行評定的結(jié)果具有較好的可靠性。本系統(tǒng)既可以進行單獨的本地工程問題評定,也可以應用于遠程多用戶聯(lián)機評定。壓力容器缺陷評定支持數(shù)據(jù)庫可以通過已有的符合工程實際的數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)的評定過程提供支持和管理,并且將新的評定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),還可以擴充為高級系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的一部分,為綜合工程集成系統(tǒng)奠定基礎。壓力容器缺陷評定知識庫以圖文并茂的形式向使用者介紹了壓力容器缺陷的特征、評定目的、評定基本原則、評定方法、典型評定過程示例等知識點,組織合理,條理清晰,可顯著提高評定工作的效率。參考文獻:1余瑞釗,陳奇.智能決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)技術M.杭州:浙江大學出版社,2000.2李建華.壓力容器缺陷評定J.勞動部鍋爐壓力容器安全雜志社,1988.(上接第16頁在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)也基本相似,只是電動機工作狀態(tài)和工作過程稍有區(qū)別,只需在此基礎上稍作修改即可。4應用效果可編程序控制器與變頻器結(jié)合應用于橋式起重機控制系統(tǒng),提高了操作精度和穩(wěn)定度;綜合保護功能完善,便于及時發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障?；赑LC控制的變頻調(diào)速在起