单梁行车变频控制.doc

单梁行车变频控制行车的电气传动系统由提升电机(主钩电机)、大、小车电机组成，分双梁和单梁，双梁行车一般均为交流绕线式电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。单梁行车都为起重专用锥形电动机。由于振动大，操作频繁，冲击电流大，所以用接触器控制的电气系统中，接触器的触头因电机经常有冲击电流而烧坏。造成维修量大，维修成本高,耽误生产工期，影响生产线停产损失更加不可估量。所以改变频控制是必然的趋势。下面就以单梁起重机起吊重量为10吨。车间环境非常恶劣，有大量的工序需要单梁起重机起吊来完成，单梁起重机操作非常频繁，老的电气系统采用的是接触器控制，维修非常频繁，影响生产。改造实施方案：主钩电机13KW，选用施耐德变频器（矢量型，变频机构为满足单梁起重机主起升机构负重平稳运行，必须采用高力矩矢量型变频器。）大车电机1.5KW两台，选用变频器通用型，一台变频器带两台电机。小车电机0.8KW，选用变频器型号为通用型。由于锥形电机特殊的结构原理，电机一端是输出轴，另一端是由弹簧连接的刹车盘，电机在运行是由输入电压把弹簧弹出从而推动刹车盘伸出。电机在停机时定子无电压输入弹簧没有磁场的作用下弹回带动刹车盘回原位，刹车盘与电机外壳接触磨擦产生制动使电机瞬间停机。根据电机这一特性改用变频器控制时必需考虑以下几个方面问题（1）在电机起动时加速时间要快，加速过慢电机转子转动由于低速时电压低磁通不够刹车盘打不开把电机轴承盖冲坏。（2）下限频率尽量设高。电机低于30HZ运行有可能打不开刹车盘把电机轴承盖冲坏。（3）停机方式要设为自由停机方式，因为电机停机是靠刹车盘磨擦机械停车。不需要用电气减速停车。（4）单梁起重机运行是三维空间运行，变频器要安装在单梁起重机的主电源箱旁边的机架上，在运行程中机械振动大，所以在安装时要加防振垫以减少机械振动从而影响变频器使用性能。行车上主要传动部分有提升机构、大车和小车,提升机构根据额定负载吨位要求,选择的变频器大小各不相同。 提升电动机一般自身带机械抱闸机构，抱闸机构与电动机动作的时序配合十分重要，以往不采用变频器控制时，往往启动时电流和机械冲击很大，在时序配合不好时还会产生溜钩现象，提升和下放的速度也无法控制，采用iAStar系列变频器后，运行性能大为改善。iAStar系列变频器用在提升机构上，考虑到其特殊性，在变频器内部内置了机械抱闸逻辑顺序控制功能，使用户无需过多考虑，很方便地解决以往出现的题目。其他品牌的变频器由于在变频器软件设计上缺陷，用户只好通过外部监测和时间延迟的方法来解决，往往在现场需要反复试验校正，才能达到实际要求。 机械抱闸逻辑顺序功能控制图如附图所示。 在iAStar系列变频器内部I/O菜单中，我们可以设定R2输出继电器为“Brakelogiccontrol”，在调整菜单中，出现如下5个参数，分别代表:lIbr，制动抱闸开释时电流;lbrt，抱闸开释时间延迟;lben，抱闸投进频率;lbet，抱闸投进时间延迟;lbip，抱闸开释时瞬间力矩方向设置。 有了以上这些特殊功能参数，我们可以很方便通过调整这些参数满足起重现场要求，如根据吊装重物的重量情况和抱闸机械时间常数，适当调整Ibr和brt，同时设置bip功能，使抱闸开释时电动机有足够的力矩，保证重物提升过程时在空中不会溜钩;同样，停机时适当调整ben和bet，使变频器输出频率还没到零时抱闸已动作，确保停机时重物不会下坠。应用中速度给定一般采用多段速度的给定方式，通过逻辑端子可以很方便实现，而速度大小可以很方便地通过内部预置速度的修改来达到。而以往不采用变频调速时，往往采用电磁调速，需要通过改变串接的电阻大小来实现，产生的题目是调速范围小，电阻能耗大，需要经常维修。要考虑到不同于锥形电动机的应用，停车方式应为减速停车方式，即把控制菜单中的STT参数应设为“Rampstop”，变频器一旦接到停车命令，沿设定的减速斜坡Dec停车，当输出频率降到设定的抱闸投进频率ben，抱闸开始动作。 同样，在该应用中，有一个参数必须事先检查的是传动菜单里的“brA”参数，该参数在起重应用中务必设为“No”，不能让变频器在电动机减速过程中自由地延长减速时间，否则，在重物下放过程中，可能会产生溜钩或下坠现象。变频器在这类应用选型时同样要放大一到二档使用，同时，一定要选择阻值和功率相匹配的能耗制动电阻。 iAStar系列变频器除了能提供以上突出功能外，还有很多优点，如低频出力大、内置了输进滤波器、电抗器以及制动单元等，体积小，空间紧凑。iAStar系列变频器在大小车上的应用大车驱动一般分两台同样电动机驱动，我们采用一台iAStar系列变频器驱动两台电动机，选型上主要考虑两电动机电流和是否与变频器的额定电流相匹配，小车采用单电机驱动，选型上也是根据电流选择。采用变频器后大小车运行十分平稳，消除了以往如大车平移时，吊钩在空中晃动、震动现象十分明显的现象，采用变频器与不采用变频器，运行性能改变十分明显。变频器接线图-PLC在行车电气控制回路改造中的应用1 引言某厂抓矿行车采用绕线式异步电动机转子串接频敏电阻器进行启动和调速，这种继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题:(1) 行车工作环境恶劣，工作任务繁重，电动机所串频敏电阻器烧损、断裂和接地故障时有发生，造成电动机频繁烧损;(2) 由于机体震动及导电性粉尘环境，继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人疲于维护;(3) 转子串频敏电阻器调速，机械特性软，负载变化时，运行不平稳，且运行中频敏电阻器长期发热，电能浪费严重;(4) 各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低。于是该厂采用了PLC代替了继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，改造后，运行效果显著，解决了以上问题。2 PLC控制的行车变频拖动系统组成2.1 系统组成行车的大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机都需独立运行，大车有两台电机同时驱动，小车、抓斗提升、抓斗开闭各为一台电机驱动，整个系统有5台电机。为了保证各部分安全运行互不影响，采用了4台变频器拖动，并用4台PLC分别加以控制，系统组成如图1所示:图1 PLC控制变频拖动系统组成PLC接收主令控制器的速度控制信号，该信号为数字量控制信号，信号电平为AC220V。这些信号包括:主令控制器发出的正、反转信号、电机过热保护信号、安全限位信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出起、停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需的工作状态。变频器接收PLC提供的控制信号，并按设定向电机输出可变频、变压的电源，从而实现电机的调速。操作人员按实际需要通过主令控制器向PLC发出各种控制信号。提升电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器安全运行。2.2 变频器与PLC通信系统采用现场总线方式代替传统的模拟量或开关量方式控制变频器。系统中，小车及提升变频器通过选件模块连接至Profibus-DP总线上，综合考虑数据传输的实时性及稳定性，系统选用PPC-3作为数据传输格式，波特率选择387.5kbps。采用总线结构后，系统进一步优化，具体表现如下:(1) 布线简单只需1根两芯的屏蔽双绞线，而采用别的方式至少要4根电缆，从而减少了维护工作。(2) 给定稳定避免了因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起模拟量给定抖动，因此系统速度给定更加可靠。(3) 速度连续相对于采用开关量作为速度给定的系统，速度给定由离散量变成了连续量，使得变频器可以接受来自的速度微调指令，以实现抬吊作业平衡。2.3 备用应急系统当总线干缆或总线上某点出现损坏时，有可能使系统无法正常工作。因此，系统中设有一套备用的系统，以防止紧急情况下总线不能正常使用，但又不能停止作业的工况。变频器设有两套控制方式，一套采用总线通信，用于正常控制;一套采用开关量控制，用于应急状况。通过PLC切换两套参数，两套参数在手柄档位的速度给定上完全一致，因此从使用角度感觉不出两套参数的切换。2.4 同步与纠偏行车在抓斗提升抬吊作业时，系统进入自动纠偏模式，以保证吊钩在抬吊时钢丝位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩，机械抱闸的调整不可能完全一致，因此系统不采用动态实时纠偏，而采用一种折衷方案，其工作原理为:首先，系统在中设置2个阈值，阈值1用于启动吊钩的自动纠偏，阈值2用于结束自动纠偏;其次，读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算起升高度;再次，比较所读入的2个起升高度，当2个高度之差大于阈值1时，将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上，当两个高度之差小于阈值2时，取消该偏差量，通过惯性进一步减少起升高差;最后，将计算合成后的速度值能过Profibus-DP下载至变频器中，作为抓斗提升电机的速度给定。3 PLC软硬件设计及应用3.1 PLC的硬件设计行车大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机分别由不同的PLC控制，大车、小车、提升、开闭电机都运行在电动工作状态，变频器及PLC的控制结构及软、硬件实现基本相同。提升电机运行状态有电动、反接制动、再生制动等状态，变频器及PLC之间的控制结构较大车、小车复杂。以提升电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，变频器接线图如图3所示。3.2 车的工作过程图2 PLC系统的I/O接线图图3 变频器接线图当行车的驾驶室及横梁拦杆的门关好后，1#、2#安全开关的常闭接点打开，急停开关断开，主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于上升档位，电机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同的电压，达到调节抓斗提升电机的转速。当主令控制器置于下降3挡且满负荷时，电机正转，此时电机处于反接制动状态。当主令控制器置于下降2挡且负荷较重时，为强制下降阶段，电机反转，在重力加速度的作用下，电机进入再生制动状态。另外，当电机由稳定高速向低速换档极快时，电机也会进入再生制动状态。当主令控制器置于下降1挡时，电机反转，处于电动状态。运行中，不论何种原因电机停止运转，为防止重物急速下降，保留了原来的三相液压制动器。在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。当抓斗提升电机因故障跳闸，热继电器动作，电机过载等动作，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。3.3 PLC的软件设计选用FXON系列PLC，采用摸块式编程，具体模块如下:(1) 高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码，二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;(2) 变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及抓斗起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;(3) 变频器的通信控制功能块。用于大车、小车、提升电机变频器的启动、停止、速度给定。还用于变频器的控制字与状态字的读取。图4为大车的软件控制流程图，小车、提升电机、开闭电机的软件流程图和大车的相似。3.4 安全保护措施(1) 配电部分:除设有缺相、过流、短路等保护外，还在行车两侧端梁及平台处设置2只安全开关，只有开关均闭合时，才允许行车运行。在行车上还设有登机请求及应答按钮，用于行车工作中其它工作人员的安全登机。(2) 变频器部分:选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护，抓斗提升电机及小车变频器当切换至总线控制方式时具有通信故障监视功能。(3) 行程开关保护:各机构均设有行程限位保护。单动工况时，小车及抓斗提升限位开关各自独立;联动工况时，小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件，小车1前限位及小车2后限位做为小车限位，起升1及起升2只要有一个限位动作，则视为起升限位。(4) 其它保护:所有机构均有零位保护、过流保护。抓斗提升机构还有超载保护及超速保护。当超速开关动作时，断开变频器主接触器电源。4 结束语PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，同时减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。PLC在电镀生产线行车控制系统中的应用一、概述一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。本文介绍在一条电镀自动生产线上用PLC结合变频器控制三台行车的自动控制系统，该自动控制系统在广东省中山市的一家外资风扇厂得到很好的应用。二、硬件结构在一条电镀自动生产线上有三台行车既各自独立工作，又互相通过信号联系，每台行车上安装一台由交流接触器驱动的锥形电动机负责工件上、下，由一台变频器驱动的普通电动机负责行车前进、后退。系统硬件结构框图如图1。由于电镀自动生产线上有三台行车同时自动工作，所以系统采用了三台PLC和三台变频器，一台PLC和一台变频器控制一台行车；PLC选用的是三菱公司FX2n-48MR系列可编程控制器，变频器选用的是三垦公司ES-0.75K。行车在工作时通常都悬挂着电镀工件，如果行车在起动和停止的过程中速度太快或不够平稳，则悬挂的工件就容易掉下挂具，因此行车的速度用变频器控制使之可调，根据电镀生产线的实际情况，行车设计有快速、中速和慢速三种运行速度，频率分别设定为80Hz,40Hz和13Hz，行车作自动运行时，PLC通过检测安装在行车上的传感器的各种信号，向变频器发出指令，行车以慢速起动，运行平稳后就转人中速然后快速运行，在停止前，行车由快速转人中速，然后以慢速运行直至行车准确停在目标镀槽位置上；行车由慢速转中速转快速，再由快速转中速最后转慢速，可以通过调整变频器的加、减速时间曲线平稳过渡。行车动作步数显示主要是用于显示电镀工艺的执行过程，由PLC的输出口通过七段译码电路4511连接LED数码管显示，根据不同的电镀工艺要求，每台行车的动作步数从0步开始至几十步上百步不等，具体由PLC程序软件编制。每台行车上安装有五个传感器，选用的是Omron公司的电感式接近开关，其主要作用是负责行车上、下工件定位、镀槽定位以及行车运行过程向PLC发出变速信号等。行车控制信号是通过外部的开关、按钮、按键等与PLC的输入端口连接，包括三台行车的联动控制和单台行车控制；单台行车控制只能控制本台的行车，不能控制另外的两台行车，单台行车控制设计有手动操作和自动运行模式选择、单周期和循环运行模式选择、紧急暂停以及行车程序动作步数的任意设定；联动控制设计有运行和复位操作按钮以及工艺选择，可以使三台行车自动、同步、循环不断地工作，可以选择不同的电镀工艺以镀出不同的工艺品种。三、软件设计三台行车的主程序和调用的各个功能子程序都是一样的，但调用的工艺子程序就各不相同，每台行车根据自己在生产线上不同的工作区域执行的工艺编制不同的工艺子程序，本文给出一些主要的程序框图和就一部份主要的程序进行阐述。（一）系统初始化初始化对于每一套系统程序都是必需的，每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化，主要是对在程序中使用到的PLC各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。（二）复位和暂停子程序由于行车在工作过程中有时会有突发事件或行车需要暂时停一下处理其它的工作，因此在系统中设计了复位和暂停两个功能，针对行车不同的情况和需要使用，为使行车在运行过程中可以随时对系统进行复位或暂停行车工作，实现这两个功能的程序都采用中断子程序，如图3是复位中断子程序，图4是暂停中断子程序。在任何情况下按下复位按钮，程序都将转人复位中断子程序，停止所有动作输出并清零，动作步数显示清零，计数器、定时器、辅助继电器和寄存器等全部清零，所有记忆数据清除，同时程序转人初始化主程序，重复PLC上电工作过程，不同的是所有的运行记忆数据都清除了。同样，在任何情况下按下暂停按钮，程序将进入暂停中断子程序，暂时停止PLC的输出，在暂停的状态下，可以进行手动操作行车，可以重新设置程序步，在恢复运行时使程序从所设置的程序步开始运行，当解除暂停时，如果没有重新设置程序步，暂停中断子程序就会恢复PLC原来的运行状态和原来的步数显示，继续暂停前的工作并从中断子程序返回。（三）工艺子程序为了不浪费资源和提高生产效率，一条电镀自动生产线设计有三种电镀工艺，分别是镀仿金工艺、镀古铜工艺和镀镍工艺，