基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用

1、收稿日期:2004-04-05作者简介:刘小庆(1980-男,安徽岳西人,武汉科技大学硕士研究生,研究方向为机电一体化;范勤(1960男,湖北武汉人,武汉科技基于PLC 控制的变频调速在桥式起重机中的应用刘小庆,范勤(武汉科技大学机械电子工程研究所,湖北武汉430081摘要:采用可编程序控制器(PLC和变频器对桥式起重机控制系统进行改进设计,实现起重机的变频调速,达到设备安全可靠运行,减轻人员劳动强度、提高工作效率的目的。关键词:桥式起重机;变频器;PLC;控制系统中图分类号:TH122 文献标识码:B 文章编号 :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随着电力电子技术的发展,变频调速作为一种调速方法自本世纪初提出以来发展十分迅速,它在节能,维护量小,自动控制性能好等方面有明显的优点,变频技术正普遍应用于电力拖动领域,特别是对一些耗能较大的设备实行变频调速,取得了明显的节能效果,而起重机械设备的拖

4、动调速系统在低于额定转速时,仍然主要是通过转子的外接电阻消耗能量来实现。我们通过对桥式起重机进行变频调速改造后,结果表明节能效果十分显著。本文简述了变频技术在桥式起重机传动系统中的应用。1桥式起重机变频调速系统组成桥式起重机变频调速系统主要由上位机(工业触摸屏系统、下位机(PLC 控制系统、变频调速系统组成。系统结构图如图1。 1.1功能要求桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机都需独立运行,大车为4台电动机同时拖动,所以整个系统有7台电动机,4台变频器,并由可编程控制器分别加以控制。起重机必须实现的操作功能有:主钩升降,副钩升降、大车运行,小车运行;保护功能有:主副钩上升限位、下降限位、大车

5、限位、小车限位,主副钩及大小车电机的保护等。 1.2工业触摸屏系统 图1系统结构图工业触摸屏系统采用 5.7英寸西门子产品TP170B,与PLC 控制系统连接,利用强大的工业触摸屏组态软件进行开发,它一方面采用直观人机界面,能够明确指示操作员机器设备目前的状况,使操作简单生动,减少失误;另一方面人机界面具有故障显示及控制变频器全变频调速等功能,只需点击画面上的按键,与其相关的文件数据就被激活,通过上位机和下位机通讯,实现对设备的实时监控。1.3PLC控制系统根据起重机实际应用的要求,可选用日本三菱公司FX2N-128MR型可编程控制器作为起重机的中枢控制系统.基本配置包括:主处理单元FX2N-

6、128MR,扩展单元FX2N-16EX,稳压电源,继电单元。FX2N-128MR为继电器输出类型,输出64点,输入24VDC,64点;FX2N-16EX为16点输入单元。主处理单元配有通讯接口,可以和上位机通讯。其作用为:控制起重机大车、小车的运行方向和速度换档。接受电机的旋转编码器经PG数模转换卡送达的反馈信号,避免吊钩的下滑。减小了传统的继电-接触式控制的中间环节。减少了硬件和控制线,极大提高了系统的稳定性、可靠性。1.4变频调速系统起重机各机构负载为恒转矩负载,生产厂普遍选用带低速转矩提升功能的电压型变频器,如日本的安川、三菱、富士、德国的西门子及丹麦的丹佛斯等。其中安川变频器具有较合理

7、的价格,完善的理论计算书及辅件推荐值,有利于用户合理选用。本设计选用日本安川616G5变频器。对于大车采用一台变频器控制4台同样电机拖动大车,保持大车的同步运行。调速范围一般应在6:1。变频器容量应为一台电机的4倍。小车采用一台变频器控制一台电机,因行程较短,调速范围一般应在4:1。对于主、副钩的拖动,因为在重物开始升降或停止时,要求制动器从抱紧到松开,再到抱紧的动作过程需要一段时间,而电机转矩的产生或消失在通电或断电瞬间就立刻反映。这样在两者动作的配合上极易出现问题,所以必须加上由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统,使主副吊钩拖动更加稳定、可靠。2控制系统设计根据起重机工作要求

8、,要实现对变频器的控制,PLC必须接受操作信号并进行综合处理和控制变频器输出,驱动电机动作,它与变频器之间的联络主要有:多段速控制信号,制动信号,正反转信号,运行应答,达速控制,故障处理等。主提升机构系统图如图2。3系统软件设计根据起重机工作要求,将控制程序模块化,主要包括主钩控制模块,副钩控制模块,大车控制模块,小车控制模块,保护功能模块。程序模块化不仅减少了程序语句,缩短了程序处理时间,提高了控制系统的响应能力,还利于实现起重机带载快速调试,便于调试人员迅速查找、优化程序。以主钩控制模块为例对程序加以说明。 图2主提升机构系统图3.1工作过程利用变频器内部设定的多段速功能自动完成主钩的启动

9、,提升,下降功能。为防止带载提升时出现溜钩,利用变频器自检测的达速信号作为报闸打开指令,这样在报闸打开之前电机已经输出提升转矩保证吊物稳定运行。如果负载超出提升能力限制而导致溜钩,速度传感器检测速度变化异常,立即发出超速信号,通过PLC综合处理,控制报闸闭合变频器停止运行,并向操作人员显示故障。3.2 控制流程图3控制流程图副钩、大车、小车电动机运行在电动状态,控制过程基本相似,变频器与PLC之间控制关系(下转第19页包括:压力容器基本资料、缺陷评定目标、缺陷评定规范及评定方法、典型评定过程示例等。知识库详细结构如图3所示。 图3知识库结构图4压力容器缺陷计算机辅助评定过程(1失效模式的判断:

10、压力容器缺陷的失效模式有断裂、塑性失稳、疲劳失效等失效形式。首先根据失效形式选择合适的评定规范和相应的评定方法。(2典型缺陷的危害性分析与缺陷表征:从偏于安全的角度出发,对现行缺陷进行表征规则化处理,复杂缺陷简化为几何结构、表面凹坑、埋藏裂纹、腐蚀等缺陷。(3压力容器的应力应变分析:选用合适的应力分析方法,确定压力容器的受力状态,主要参数有薄膜应力、弯曲应力、残余应力、峰值应力等。(4确定材料性能参数:采用取样的方法,进行拉伸、硬度、断裂韧性等各项机械性能测试,并进行化学成分、显微组织与断口分析,为安全评定研究提供可靠数据。(5缺陷安全评定计算:根据安全评定图或评定准则完成缺陷评定。根据缺陷评

11、定的详细流程图完成软件的模块化设计,包括缺陷评定模块、数据库管理模块、系统知识库模块等。5结论压力容器缺陷评定系统对实际工程进行评定的结果具有较好的可靠性。本系统既可以进行单独的本地工程问题评定,也可以应用于远程多用户联机评定。压力容器缺陷评定支持数据库可以通过已有的符合工程实际的数据对结构的评定过程提供支持和管理,并且将新的评定数据转化为数据库数据,还可以扩充为高级系统数据库的一部分,为综合工程集成系统奠定基础。压力容器缺陷评定知识库以图文并茂的形式向使用者介绍了压力容器缺陷的特征、评定目的、评定基本原则、评定方法、典型评定过程示例等知识点,组织合理,条理清晰,可显著提高评定工作的效率。参考文献:1余瑞钊,陈奇.智能决策支持系统实现技术M.杭州:浙江大学出版社,2000.2李建华.压力容器缺陷评定J.劳动部锅炉压力容器安全杂志社,1988.(上接第16页在硬件组成以及软件的实现也基本相似,只是电动机工作状态和工作过程稍有区别,只需在此基础上稍作修改即可。4应用效果可编程序控制器与变频器结合应用于桥式起重机控制系统,提高了操作精度和稳定度;综合保护功能完善,便于及时发现、查找、处理故障。基于PLC控制的变频调速在起