基于plc的绞车控制系统的研究

基于plc的绞车控制系统的研究

对于大型或大型船舶扰动中的各种绞车，采用交流频带传动电动驱动器而不是采用能源传动电动驱动器。这是世界和国内船舶制造的主流和发展趋势。随着现代电子技术和半导体技术的迅速发展,交流电动机的变频调速技术也得到了越来越广泛的普及和应用。所以,确定合理的传动方案不但是进行系统设计的一个重要前提,而且,所选择的传动控制方案的合理性又将对整个电控系统的性能指标(先进性、可靠性、经济性等)有直接影响。电气传动控制系统性能的好坏,与保证设备安全、可靠运转,提高设备的生产率,改善铸坯的质量,方便操作以及改善劳动条件等都有着直接的关系。上海振华重工(集团)股份有限公司(以下简称“公司”)于2010年初开始启动马士基绞车变频控制系统的制作项目,经过对船上实际工况应用及多种变频器功能的调研比较,最终决定采用丹佛斯FC302P355T7系列单传动变频驱动器,通过系统设计、系统优化和采购、生产、施工和调试等几个阶段,于2010年底向用户交付了两台套变频控制系统绞车,目前这两台绞车在巴西海域现场正常作业。文章依托于这个项目的成功应用,阐述了解决绞车双电机的主从控制、力矩分配、冗余性能等方面的技术难题,为此类绞车的生产设计提供了参考。1绞车2#主电机和2#变压器绞车一般由动力、变速机构、滚筒、离合器和刹车灯部件组成。该项目绞车为两个变频电机驱动单卷筒,钢丝绳多层缠绕,额定负载170t,在额定负载下钢丝绳绳速为20m/min,在85t负载下,钢丝绳绳速为40m/min,充分利用绞车的电机性能。绞车的主驱动系统部分如图1所示。该系统设计采用双电机和单传动变频器模式的好处,当其中一个电机或变频器发生故障时,另一个电机和变频器可以降容继续使用。具体分为如下情况:1)平时正常使用是两套驱动联动同时工作,这时绞车1#主电机作为主机,而绞车2#主电机作为从机。2)当绞车1#主电机或1#变频器发生故障时,绞车2#主电机作为主机和2#变频器单独工作。3)当绞车2#主电机或2#变频器发生故障时,绞车1#主电机还是作为主机和1#变频器单独工作。该项目用户提出了比较高的要求,要求不仅有软件PLC控制方式,还要求有一套硬件控制方式,而且不仅仅是简单的应急使用,是要求能够代替软件PLC用来进行正常工作的硬件控制。这就意味着在变频器这部分的控制上,不仅要提供利用PROFIBUS总线控制字的软件方法,还要同时提供利用变频器自身数字量和模拟量输入输出端口来控制的硬件方法。同时在软硬件两套控制方式还要涵盖上面提到的两台变频器主机和从机分别使用的情况(表1)。2绞车控制系统软件设计要满足用户要求,变频器就必须可以在表1所示的ABCD这四种方法,即4套参数,之间安全快速的切换,而丹佛斯变频器正好可以满足这个要求。而且对于丹佛斯变频器来说,1#变频器在联动模式下做主机和单动模式是没有区别的,都是作为主机,可以共用一组参数,所以实际上1#变频器只需要区分软件控制方式和硬件控制方式两组参数。因此,对表1进行变化后得到表2。丹佛斯变频器绞车变频技术方案说明如下:1)控制方案A。数字开关和模拟量端子控制:从机单动模式或主机数字模拟量端子控制用。2)控制方案B。Profibus-DP通讯控制:从机单动或主机总线通讯控制用,变频器工作于转速控制。3)控制方案C。数字开关和模拟量端子控制:主从控制,主机工作于转速控制;从机工作于自由PID控制模式,从机的转速给定为主机的转速给定加转矩PID微调,以实现转速同步并且负荷平衡的控制目标。控制逻辑框图如图2所示。4)控制方案D。Profibus-DP通讯控制:主从控制,变频器工作于转速控制模式,主变频器控制器内部按转速同步转矩平衡控制算法,实时计算出从电机转速。这四种控制方案对应变频器的ABCD四套参数,可以经过参数P5-22通过MCB113的X46/5号数字开关量端子来设定软件和硬件控制方式哪套参数起作用,经过参数P5-11通过数字量开关量19号端子来设定主机和从机控制方式哪套参数起作用,对应的情况如表3所示。其中,1#主电机变频器接线图如图3所示,2#主电机变频器接线图如图4所示。该套绞车控制系统的控制特点主要包括:当1#主电机或2#主电机选择单动工作模式时,其对应的变频器是处于转速控制模式,同时引入转矩限制。而在ProfibusDP通讯控制时,动态转矩限幅可以通过通讯修改参数P4-16(电动机模式转矩限制)和参数P4-17(发电机模式转矩限制)两个参数来实现;开关模拟量控制时,动态转矩限幅可以通过修改参数P4-20(转矩限制来源)来取得,例如定义为“模拟输入X30-11”,以通过模拟量端子X30-11输入模拟量信号来实现。此外,该绞车工作时还有一个特点,即当变频器工作在转速控制模式、转矩限制状态下,变频器输出转矩达到限幅值时,变频器不能跳闸或报“堵转故障”,这也可以在变频器参数组中修改参数来达到效果。调试好后得到了变频器波形,软件控制方式波形如图5所示,硬件控制方式波形如图6所示。对比图5和图6的波形图,可以看出,硬件主从控制方式的波形也比较平稳,和软件主从控制方式效果差别不大,在软件控制部分发生问题时,用硬件控制完全可以取代之。3采用profibus总线该项目实现了使用丹佛斯单传动变频器的组装成柜,自行组建单传动系统,来替代原装单传动系统,大大节省了成本。通过PROFIBUS总线或变频器本身的硬件端子,对驱动器实现