可编程序控制器与变频器技术 在行车中应用

可编程序控制器与变频器技术在行车中的应用摘要：可编程序控制器(PLC)是一种工业控制计算机，在现代工业过程控制中得到了广泛应用。行车作为起重设备，在大多数生产企业中使用广泛，但传统的继电器控制系统和串级调速方式存在故障率高、调速精度差、重载起吊容易出现溜钩等问题，可靠性得不到保证。本方案利用了西门子公司的S7-300型PLC结合ABB公司ACS800变频器对15+5吨行车进行了改造，获得良好的技术性能和经济性能。论文主体一引言：西门子公司的S7-300型PLC，从功能上看可以执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。体现出了良好的灵活性和通用性，具有抗干扰能力强、可靠性高，编程语言简单易学，与外部设备连接简单，使用方便，控制系统的设计、调试周期短等特点。ABB公司的ACS800系列变频器是基于直接转矩控制的新一代交流调速设备，具有零速状态下的100%额定转矩输出能力，同时利用其自带的宏控制，可以在重载起重时避免溜钩现象的出现。在吊钩下降过程中利用能耗制动回路的吸收可以避免因反电势过高对电机绕组的损坏。利用该项技术对行车设备进行自动化改造，有着重要意义。关键词：PLC变频器行车控制改造Q1二、硬件构成Q1X11RSTX11RST主钩变频器ACS800UVWACS800X221DI1停止/启动2DI2正转/反转3DI3能耗制动4DI4加/减时间5DI5速度选择6DI6速度选择11DI1L启动联锁X25制动单元电源M1机械制动PLCI0.0紧停应许启动启动停止正/反选择点动抱闸监视速度选择速度选择速度选择速度选择上升限位下降限位Q2RSTRST副钩变频器ACS800UVWACS800X221DI1停止/启动2DI2正转/反转3DI3能耗制动4DI4加/减时间5DI5速度选择6DI6速度选择11DI1L启动联锁X25制动单元M2机械制动紧停应许启动启动停止正/反选择点动抱闸监视速度选择速度选择速度选择速度选择上升限位下降限位X11PLCI0.0I0.2Q0.1I2.1QI2.2QI2.3QI2.4QI2.5QI2.6QIIIIQ3RST大车变频器RST大车变频器ACS800UVWACS800X221DI1停止/启动2DI2正转/反转3DI3能耗制动4DI4加/减时间5DI5速度选择6DI6速度选择11DI1L启动联锁X25制动单元M3机械制动紧停应许启动启动停止正/反选择点动速度选择速度选择向右限位终端限位向左限位终端限位X11PLCI0.0Q4RST小车变频器ACS800UVWACS800X221DI1停止/启动2DI2正转/反转3DI3能耗制动4DI4加/减时间5DI5速度选择6DI6速度选择11DI1L启动联锁X25制动单元M4机械制动紧停应许启动启动停止正/反选择点动速度选择速度选择向前限位终端限位向后限位终端限位X11PLCI0.0Q5备注；正转/反转选择，0=正转、1=反转。加速/减速时间选择，0选择斜坡时间0，1选择斜坡时间1。1升降主电路由三相交流电输入、主钩驱动变频器（ACS800-75KW）、副钩驱动变频器（ACS800-45KW）、吊钩电机、能耗制动单元等组成。由于采用交---直---交变频器。在负载自身重力下，制动时回路的能量不能送回电网，为限制泵升电压和负载下降时反电势的升高采用能耗制动单元。2大、小车主电路大、小车主电路由大车驱动变频器（ACS800-45KW）、小车驱动变频器、大车行走电机、小车行走电机、能耗制动单元等组成。3PLC控制电路选用西门子公司的S7-300型PLC。PLC接收来自行车主令控制器、限位开关的信号和变频器的状态。经程序判断与运算来实现行车的各控制功能。PLC输出监控信号的同时，向各变频器发送运行方向、启动、速度调整、制动的运行指令。4变频器ACS800变频器的直接转矩控制方式可以在无外接测速传感器的情况下，利用检测自身的输出电流通过闭环构成高精度的转矩控制。在变频器的选型方面，根据主钩、副钩电机容量，对变频器的输出功率选择放大一档，对于大、小车行走电机所选变频器输出功率则按实际电机容量选择即可。行车吊钩制动电路行车作为一种吊装各种货物的工具。在物件位势负载状态下，要求安全可靠、运行平稳、停车准确。通过变频器速度给定的选择，操作人员可以使吊钩上的物件到达指定位置。本系统采用减速机，其减速比I=1/32,拽引轮直径=580MM电磁抱闸制动和变频器能耗制动相结合。5行车吊钩升降控制主要由RMIO板、PLC、变频器、吊钩升降电机、机械抱闸等组成。控制由PLC发出指令进行点动、运行、制动的控制。运行启动时，指示灯长亮。点动时，其指示灯以1S的间隔闪烁。三主吊钩程序设计吊钩电机利用四个速度选择按钮通过程序运算后输出到变频器RMIO板的DI5、DI6上进行频率给定方式的选择。设定频率用AI1给定、固定频率50HZ、固定频率30HZ、固定频率15HZ的选定。还要满足使用者对货物堆放的定位要求。利用机械制动和变频器能耗制动相结合来保证吊钩在负载势能时不往下滑。当行车运行到个极限位时能够及时的停止运行。到达终点极限时切断变频器应许启动信号，使对应的变频器不能启动。变频器速度给定的选定X21X21VREF给定值电压10VDCGND电阻地AI1速度给定值利用变频器参数组12CONSTANTSPEEDS设定。给定AI1、恒速1、恒速2、恒速3的频率。通过PLC输入点、、、来控制。每个选中信号用、、、来对应指示。给定的选择如图所示。DI5DI6输出00通过AI1设定速度10恒速101恒速211恒速32AI1的给定连线说明。AI1给定的可变电阻选择10千欧，可变电阻两个阻值固定的分别接VREF和GND给定电压10V,可变脚接AI1+。3吊钩的抱闸控制对于势能类负载，没有机械制动器是绝对不行的，在电机突然断电或中途启动时，必须靠机械制动来控制负载的下落转动。为了克服前面提到的问题，制动器必须在电机建立了一定的转矩、电流和转速后才能松开，在之前的控制系统中，电机得电则制动器立即松开，电机失电则立即制动，制动器的动作快于电机转矩的建立，在这种情况下，行车抖动是必然的，更甚者会发生“溜车”事故。ACS800变频器有专用的制动器编程控制功能，可以通过编程对制动逻辑进行设置，例如：可以通过变频器的“42BRAKECONTROL”参数对制动器松开电流、制动器松开频率、制动器松开/闭合时间、制动器释放转矩等进行随心所欲的修改。该参数共有10个用户编程细目，以保证制动器的可靠动作。在实际调试中，我们把释放电流确定为电机额定电流的90%，释放频率为0Hz，释放转矩为100%的额定转矩。当动作条件满足时，变频器的可编程输出继电器RO1动作，使制动器制动或释放。除此之外，制动器还可以接受外部接点的控制，外部接点是供用户增加功能时自行设计用的,在本例中，我们把紧急制动、系统断电等都作为外部接点的驱动信号。当出现上述任一故障时，PLC就会使外部接点断开，使制动器迅速制动。本工程中的机械制动器采用了电磁式抱闸，这种制动器制具有较大制动力，动作迅速。制动器接线如图所示。RO1RO1RO1RO1电源RMIO板X25紧急制动M电机电磁抱闸4指示控制在启动时，其指示灯长亮，点动时其指示灯以1S的间隔闪烁。用四个指示灯分别指示其速度的选择。机械抱闸的制动，在机械动作后其指示灯亮，没有动作发出报警信号。四大、小车程序设计1大、小车的速度设定PLC程序运算设定两个速度等级。速度选择0，设定频率50HZ、速度选择1，设定频率25HZ。2在运行和点动时启动不同的加速\减速斜坡时间使电机运行相对平稳。减小对机械部分冲击。3对大、小车的定位不是很苛刻，使用小电流的直流抱闸。就可以让其停止在指定位置。4大、小车的限位控制，其运行到限位时电机停止运行。到终端限位时把变频器应许启动的信号切断。5运行指示，在启动时，其指示灯长亮，点动时其指示灯以1S的间隔闪烁。输入点的分配表紧停操作按钮SB1主钩变频器合闸按钮SB2副钩变频器合闸按钮SB3I0.2大车变频器合闸按钮SB4I0.3小车变频器合闸按钮SB5I0.4电源指示XT1I0.5主钩启动操作按钮SB6I0.6主钩停止按钮SB7I0.7主钩正转/反转选择开关SB8主钩点动按钮SB9抱闸监视速度选择0级按钮SB10速度选择1级按钮SB11速度选择2级按钮SB12速度选择3级按钮SB13主钩上升限位ST1主钩下降限位ST2副钩启动按钮SB14副钩停止按钮SB15副钩正/反转选择开关SB16副钩点动按钮SB17抱闸监视速度选择0级按钮SB18速度选择1级按钮SB19速度选择2级按钮SB20速度选择3级按钮SB21副钩上升限位ST3副钩下降限位ST4大车启动按钮SB22大车停止按钮SB23大车正/反转选择开关SB24大车点动按钮SB25速度选择0级按钮SB26速度选择1级按钮SB27向右限位开关ST5向右终端限位开关ST6向左限位开关ST7向左终端限位开关ST8小车启动按钮SB28小车停止按钮SB29小车正/反转选择开关SB30小车点动按钮SB31速度选择0级按钮SB32速度选择1级按钮SB33向前限位开关ST9向前终端限位开关ST10向后限位开关ST11向后终端限位开关ST12警铃/警示灯输出点分配表主钩变频器合闸副钩变频器合闸大车变频器合闸小车变频器合闸警铃/警示灯主钩启动/停止主钩正/反转选择主钩速度控制选择主钩速度控制选择主钩加/减速斜坡时间选择主钩直流抱闸启动信号副钩启动/停止副钩正/反转选择副钩速度控制选择副钩速度控制选择副钩加/减速斜坡时间选择副钩直流抱闸启动信号大车启动/停止大车正/反转选择大车速度控制选择大车速度控制选择大车加/减速斜坡时间选择大车直流抱闸启动信号小车启动/停止小车正/反转选择小车速度控制选择小车速度控制选择小车加/减速斜坡时间选择小车直流抱闸启动信号电源指示主钩变频器合闸指示副钩变频器合闸指示大车变频器合闸指示Q4.0小车变频器合闸指示主钩上升点动/运行指示主钩下降点动/运行指示主钩抱闸指示主钩速度选择0级指示主钩速度选择1级指示主钩速度选择2级指示主钩速度选择3级指示副钩上升点动/运行指示副钩下降点动/运行指示副钩抱闸指示副钩速度选择0级指示副钩速度选择1级指示副钩速度选择2级指示副钩速度选择3级指示大车向右点动/运行指示大车向左点动/运行指示大车限位指示大车速度选择0级指示大车速度选择1级指示小车向前点动/运行指示小车向后点动/运行指示小车限位指示小车速度选择0级指示小车速度选择1级指示主钩限位指示副钩限位指示五、PLC程序主钩变频器合闸主钩变频器合闸I1.0主钩上升/下降选择信号主钩加/减速斜坡选择主钩速度选择输出主钩速度选择输出主钩上升/下降运行小车向后I2主钩加/减速斜坡选择主钩速度选择输出主钩速度选择输出主钩上升/下降运行小车向后I2.0副钩变频器合闸I2.3副钩上升/下降选择信号副钩上升/下降运行小车向后主钩直流抱闸启动副钩速度选择输出副钩速度选择输出副钩加/减速斜坡选择副钩直流抱闸启动大车变频器合闸大车向右/向左选择信号大车向右/向左运行小车向后大车加/减速斜坡选择大车速度选择输出0大车速度选择输出1大车加/减速斜坡选择大车速度选择输出0大车速度选择输出1大车直流抱闸启动小车变频器合闸小车向右/向左选择信号小车向右/向左运行小车向后小车速度选择输出0小车速度选择输出1小车直流抱闸启动小车加/减速斜坡选择主钩变频器启动指示主钩上升点动/运行指示电源指示主钩变频器启动指示主钩上升点动/运行指示电源指示副钩变频器启动指示大车变频器启动指示小车变频器启动指示主钩下降点动/运行指示主钩抱闸指示主钩速度选择0指示主钩速度选择1指示主钩速度选择2指示主钩速度选择3指示副钩上升点动/运行指示副钩下降点动/运行指示副钩抱闸指示副钩速度选择0指示副钩速度选择1指示副钩速度选择2指示副钩速度选择3指示大车向右点动/