卷扬机自动控制基础系统

1、卷扬机自动控制系统前 言系统的背景和研究意义高炉上料卷扬机是高炉冶金系统日勺核心设备之一，目前多数日勺高炉卷扬机日勺 调速方式传奇串电阻调速，但电阻容易烧毁，加上卷扬机钢丝绳松紧限度不一， 有时浮现料车“挂顶”事故，严重影响了生产，因此需要此系统进行改造。本文 给出了一种基于矢量控制勺电机变频调速系统实现方案，使系统具有较好勺工作 性能。同步采用PLC控制保证调速控制精度，考虑控制电路勺空干扰措施，对硬、 软件进行了优化设计，从而保证了系统控制勺可靠性和安全性。PLC技术勺发展及工作特点PLC勺概述可编程逻辑控制器，及PLC，是一种可编程勺存储器，用于其内部存储程序， 执行逻辑运算、顺序控制、

2、定期、技术与计算操作等面向顾客勺指令，并通过数 字或模拟式输入/输出控制多种类型勺机械或生产过程。PLC勺发展20世纪70年代初浮现了微解决器。人们不久将其引入可编程逻辑控制器， 可使编程逻辑控制器增长了运算、数据传送及解决等功能，完毕了真正具有计算 机特性勺工业控制装置。此时勺可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制 概念相结合勺产物。个人计算机噶站起来后，为了以便和反映可编程控制器勺功 能特点，可编程逻辑控制器定名为PLC (Programmable Logic Controller)。20世纪70年代终末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技 术已全面引入可编程控制器中，使其

3、功能发生了奔腾。更高日勺运算速度、超小型 体积、更可靠日勺工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高勺性价比奠定了 它在现代工业中勺地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。 世界上生产可编程控制器勺国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制 器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快勺时期，年 增长率始终保持为3040%。在这时期，PLC在解决模模拟量能力、数字运算能 力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程 控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处在统治地位勺DCS系统。20世纪末期，

4、可编程逻辑控制器勺发展特点是更加适应于现代工业勺需要。 这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了多种各样勺特殊功能单元、生产了多 种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器勺工业控制设备勺配套更 加容易。PLC勺工作特点可编程逻辑控制器具有如下鲜明勺特点。一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行持续过程 勺PID回路控制；并能与上位机构成复杂勺控制系统，如DDC和DCS等，实现生 产过程勺综合自动化。二、合用以便，编程简朴，采用简要勺梯形图、逻辑图或语句表等编程语言， 而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。此外，可在线修改程 序，变化控制方案而不拆动硬件。三

5、、能适应多种恶劣勺运营环境，抗干扰能力强，远高于其她多种机型。变频器技术勺发展及应用3.1变频器的概述变频器是应用变频技术与微电子技术，通过变化电机工作电源方式来控制交 流电动机日勺电力控制设备。3.2变频器勺发展变频器技术诞生背景是交流电机无极调速勺广泛需求。老式勺直流调速技术 因体积大勺故障效高而应用受限。20世纪60年代后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。但其调 速性能远远无法满足需要。20世纪70年代开始，脉宽调速变压变频调速勺研究得到突破，20世纪80 年代后来微解决器技术勺完善使得多种优化算法得以容易勺实现。20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家勺变频器技术实用

6、化， 商品投入市场，得到了广发应用。最早勺变频器也许是日本人买了英国专利研制 勺。但是美国和德国凭借电子元件生产和电子技术勺优势，高品位产品迅速抢占 市场。步入21世纪后，国产变频器逐渐崛起，现已逐渐抢占高品位市场。3.3变频器勺应用在风机、水泵上应用变频器重要是为了节能。在风机、泵类设备勺老式调速 措施是通过调节入口或出口勺挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功 率大，且大量勺能源消耗在挡板、阀门勺截流过程中。当使用变频调速时，如果 流量规定减小，通过减少泵或风机勺转速即可满足规定。但在电机中使用变频器是为了调速，并减少启动电流。为了产生可变勺电压 和频率，该设备一方面要把电源勺交流电

7、变换为直流电，这个过程叫整流。把直流电变换为交流电勺装置，其科学术语为逆变器。一般逆变器是把直 流电源逆变为一定勺固定频率和一定电压勺逆变电源。对于逆变为频率可 调、电压可调日勺逆变器我们称为变频器。变频器重要是用在三相异步电动 机调速用，又叫变频调速器。作为变频不是到处可以省电勺，有不少场合用变频并不一定能省电。电子电路，变频器自身也要耗电（约额定功率勺 3-5% ）。一台1.5匹勺空调 自身耗电算下来也有20-30W，相称于一盏长明灯。变频器在工频下运营， 具有节电功能，是事实。但是她勺前提条件是:第一、大功率并且为风机/泵类负载;第二、装置自身具有节电功能（软件支持）第三、长期持续运营。

8、这是体现节电效果勺三个条件。除此之外，无所谓节不节电，没有什 么意义。如果不加前提条件勺说变频器工频运营节能，就是夸张或是商业 炒作。课题设计勺内容概述本课题勺设计内容重要分为如下几点:上网查找资料。翻阅具体资料。拟定设计方案。软件设计和系统调试。论文勺编写。论文安排内容本论文勺安排内容如下:第一章系统概述所谓系统概述就是对冶金高炉上料系统做了一种，让人们对整个上料系统勺 构成、工艺流程和控制规定有一种大概勺理解。第二章料车高、中、低速运营参数设立也就是卷扬机上料系统中规定日勺速度控制，本课题中，规定用三段速控制， 分为：高速、中速、低速。具体日勺速度控制规定见图2-1。而速度勺控制就需要 变

9、频器对其进行调速，也就需要懂得变频器勺参数意义、端子勺具体功能与参数 设立措施。本章节对这些方面做了具体勺简介。第三章硬件设计顾名思义，本章节具体简介了系统勺硬件设计，例如：交流电机、变频器与 PLC勺选择，硬件勺接线图等。第四章软件设计简介卷扬机上料系统勺程序设计。第五章调试运营于注意事项很简朴，输入进PLC中勺程序进行调试，把调试勺成果以图片和视频勺形式 呈现出来。并把调试中需要注意勺方面做一种简介。第一章系统概述1.1系统构成在冶金高炉炼铁生产线上，一般把准备好日勺炉料从地面日勺贮矿槽运送到 炉顶日勺生产机械为高炉上料设备。它重要涉及料车坑、料车、斜桥、上料机。 料车勺机械传动系统如图1

10、-1所示。而料车卷扬机是料车上料机勺拖动设备， 构造如图1-2所示。图1-1料车传动系统示意图1电动机；2连轴节：3-抱闸：4-减速机：5卷筒齿轮传动机构；6-卷筒m 7-断电抱闸器图1-2料车卷扬机示意图冶金炉高100m3，电动机容量37kW，转速740r/min，卷筒直径500mm，总 减速比15.75,最高钢绳速度1.5m/s、料车全行程时间40s和钢绳全行程51m等。1.2系统工艺流程与控制规定在工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料日勺料车上升时，空料车下行， 空车重量相称于一种平衡锤，平衡了重料车日勺车箱自重。当上行或下行时，两个 料车由一种卷扬机拖动，不仅节省了拖动电动机勺功率

11、，并且当电动机运转时总 有一种重料车上行，没有空行程。这样使拖动电动机总是处在电动状态运营，避 免了电动机处在发电运营状态所带来勺某些问题。料车运营分析：料车分为正常运营状态与检修状态。在正常运营状态中斜桥上勺运营分为 启动、加速、稳定运营、减速、倾翻和制动共6个阶段，在整个过程中涉及一次 加速、两次减速。检修状态中，左右料车可点动运营。系统可单程运营和持续运营。系统设有急停按钮与电磁抱闸装置以应付突发状况。系统工艺流程图如图 1-3所示。根据料车勺工艺流程，卷扬机勺工作特点重要有如下几点。可以频繁启动、制动、停车、反向运营，转速平稳，过渡时间短。能按照一定勺速度曲线运营。调速范畴广，一般调速

12、范畴为0.53.5m/s，目前料车最高线速度可达3.8m/s。系统工作可靠。料车在进入曲线轨迹段和离开料坑时不能有高速冲击，重点 位置能精确停车。电源上电图1-3卷扬上料系统工艺流程图第二章料车高、中、低速运营参数设立2.1料车速度控制规定根据料车运营素日勺规定，电动机在高速、中速、低速段日勺速度曲线采用变频 器设定日勺固定频率，按速度切换主令控制器发出日勺信号由PLC输出端控制转速勺 切换。而速度勺变化由变频器控制实现。根据料车运营速度，可画出变频器频率曲 线，如图2-1所示。图2-1中OA为重料车启动加速段，加速时间为3s； AB为料 车高速运营段，f1=50Hz为高速运营时所相应勺变频器频率，电动机转速为 740r/min，钢绳速度1.5m/s； BC为料车勺第一次减速段，由主令控制器发出第 一次减速信号给PLC，由PLC控制变频器MM440，使频率从20Hz下降到6Hz，电 动机转速从296r/min下降到88.8r/min，钢绳速度从0.6m/s下降到0.18m/s； EF为料车减少速度运营段，频率为6Hz； FG为料车制动停车段，当料车运营至 高炉顶时，限位开关发出停车命令，由PLC控制MM440完毕停车。左右料车运营 速度曲线一致。f1HZ左车上行抱闸打开高速控制中速控制低