電氣控制論文電氣控制技術(shù)論文 軌道式集裝箱門式起重機電氣控制系統(tǒng)研究

1、電氣控制論文電氣控制技術(shù)論文：軌道式集裝箱門式起重機電氣控制系統(tǒng)研究摘要:本文在簡介軌道式集裝箱門式起重機的基礎(chǔ)上著重介紹了其電氣控制系統(tǒng)的三層功能執(zhí)行、拉制、監(jiān)視;并介紹了變頻調(diào)速應(yīng)用在起重機上的優(yōu)點。關(guān)健詞:軌道式門式起重機變頻調(diào)速PLC人機界面 1軌道式集裝箱門式起重機簡介本機用于水運所試驗基地堆場上的集裝箱裝卸作業(yè)試驗，采用雙主梁、雙懸臂、帶斜拉桿的橋架結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)為整體雙對稱形式。橋架跨中可堆碼8列集裝箱，并留有1列拖掛車通道;兩側(cè)懸臂可通過2列拖掛車。集裝箱吊具可越過4層箱垛并堆裝第5層集裝箱(箱高9英尺6英寸)。主要技術(shù)參數(shù)如下:起重量:30.5T(吊具下)，35T(吊鉤橫梁下)

2、;滿載吊具升降速度:25 m/min空載吊具升降速度:50 m/min滿載吊鉤橫梁升降速度:16t m/min小車速度:120 m/min大車速度:25m/min軌距:30m基距:9m裝機容量:380Kw 本機主要功能是:l)模擬岸邊集裝箱起重機、集裝箱門式起重機裝卸作業(yè)工藝，開展單機性能試驗及作業(yè)效率研究;2)集裝箱機械的技術(shù)性能及參數(shù)的檢測試驗;3)電氣驅(qū)動和控制性能試驗和檢測4)集裝箱吊具作業(yè)技術(shù)及工作性能試驗5)集裝箱裝卸機械操作人員操作技術(shù)的模擬培訓。2電氣系統(tǒng)原理與組成本機電氣系統(tǒng)的主要組成部分有:安川變頻器(VS一616G5型)、通用電氣可編程控制器(GE一9030)、研祥工控機

3、，上位監(jiān)控軟件正記.6以及Digital公司的GP觸摸屏。整個系統(tǒng)分三個層次:執(zhí)行層、控制層、監(jiān)視層。本機由司機室操作臺集中對起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)、頂規(guī)器、集裝箱吊具伸縮、轉(zhuǎn)鎖、導板等進行操作控制。根據(jù)作業(yè)工況的要求，起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)可以同時運行。2.1執(zhí)行層執(zhí)行層:主要由變頻器實現(xiàn)對電機速度的調(diào)節(jié)與控制。電氣馭動系統(tǒng)框圖如圖1所示。 起升機構(gòu)采用一臺變頻電機驅(qū)動，電機功率為20()KW，轉(zhuǎn)速為980/1960rpm，額定電流為370A，起升變頻器選用616G5A4330，額定輸出電流為605A，帶PG一BZ卡，選用閉環(huán)矢量控制模式，速度控制范

4、圍是l:10()0。系統(tǒng)具有足夠的調(diào)速硬度和良好的低能轉(zhuǎn)矩特性，在OHz電機能以150%額定轉(zhuǎn)矩輸出，50Hz以下實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50HZ以上實現(xiàn)恒功率調(diào)速。 起升機構(gòu)屬于位勢負荷，即負荷力矩的方向始終一致，因此驅(qū)動器除提供滿足負荷上升和下降的方向運行力矩外，在制動器打開時，以及在整個減速停車過程中，都要提供足以維持負荷重量的力矩。在每一次起動時(不論上升還是下降)，變頻器根據(jù)對電動機的自適應(yīng)檢測出所必須提供的力矩，提供出一個狀態(tài)化適當?shù)碾娏鹘o電動機，如果變頻器讀到 反饋的電流，則制動器釋放、打開;如果變頻器讀不到反饋電流，則認為力矩檢測失敗，并提供有關(guān)的信息顯示。低速制動是所有調(diào)速機構(gòu)的共同

5、特點。實際速度的反饋是通過旋轉(zhuǎn)編碼器將速度反饋至變頻器，變頻器將速度的轉(zhuǎn)換值用通信的形式傳遞至PLC，然后井制制動器的動作，在速度減至接近于零時，發(fā)出制動指令，保證了機構(gòu)在高速運行及制動過程中的平穩(wěn)，沒有任何沖擊負荷的效應(yīng)。恒功率調(diào)速是起升機構(gòu)進行高效節(jié)能、廣泛應(yīng)用的控制方式，即在重載時，保持在電動機基速以下的最大恒轉(zhuǎn)矩運行;而在輕載或空載時，利用電動機高速低轉(zhuǎn)矩輸出的特性，根據(jù)負荷大小所應(yīng)提供的轉(zhuǎn)矩弱磁提高轉(zhuǎn)速，保持功率恒定，以提高起重機的使用效率。該起重機的最高轉(zhuǎn)速是基速的兩倍，即頻率輸出為卜l0()Iz。負荷的檢測是根據(jù)提供電流的大小，通過數(shù)據(jù)通信由變頻器傳至PLC，然后經(jīng)過計算比較得出

6、向變頻器發(fā)出的速度給定指令。 大車運行機構(gòu)采用四臺變頻電機驅(qū)動，功率4xlIKW，轉(zhuǎn)速為970rpm，額定電流為104A，與起升機構(gòu)共用一臺變頻器，采用不帶速度反饋的矢量控制方式，即開環(huán)矢量控制方式，其速度控制范圍為卜100，IHZ時啟動轉(zhuǎn)矩達150%。小車運行機構(gòu)采用兩臺變頻電機驅(qū)動，功率為Zx37KW，轉(zhuǎn)速為巧00rpm，額定電流為140A，變頻器選用616G5A4100，帶PG一BZ卡，選用閉環(huán)V/f控制方式。其速度控制范圍為1:100，l比時啟動力矩可達150%。吊具系統(tǒng)采用一臺吊具泵驅(qū)動，主要動作有吊具伸出、吊具縮回、旋鎖打開、旋鎖閉合;吊具泵啟動后，根據(jù)操作信號，開閉相應(yīng)的電磁閥。

7、2.2控制層控制層由PLC及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成，通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的安全保護和運行控制?？刂葡到y(tǒng)框圖見圖2。 PLC系統(tǒng)主要由電源模塊、CPU模塊、Geulus通訊模塊、ROfiBus通訊模塊、高速計數(shù)模塊、AO模塊、DlfDO模塊、遠程模塊組成。按所處位置分為本地站、操作臺、大車箱、吊具箱、變頻器等五部分。CPU模塊負責PLC系統(tǒng)本身的自動管理、輸人采集、程序處理、輸出刷新。Genius模塊通過屏蔽電纜與遠程站的FieldControlUnit模塊相連完成G。五uS通訊，通訊波特率為153.6K萬厄(各遠程站中配有FieldContro1Unit模塊，負責所在遠程站各模塊的地址配置幾信號定

8、義、與主站的通訊)。Profibus模塊通過屏蔽電纜與變頻器sI一P卡相連完成PLC與變頻器之間的通訊，變頻器的所有數(shù)據(jù)，包括各項指令信息、狀態(tài)信息等，都可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進行傳遞。該起重機的每一臺變頻器上都配備有SLP卡，負責與PLC的通訊、變頻器站號通過sI一P卡上的兩個開關(guān)設(shè)定。兩者的通訊需要安川變頻器的GSD文件引導，該文件的配置在PLC的硬件配置文件中設(shè)定。高速計數(shù)模塊與脈沖發(fā)生器相連，采集各電機的實時速度。AL/AO/DI/DO模塊是各現(xiàn)場電氣元件與CPU之間聯(lián)系的橋梁，AI/DI用于接收和采集外設(shè)輸人信號并將其轉(zhuǎn)化成CPU能接受和處理的數(shù)據(jù)。AO用幻模塊將CPU的輸出控制信息轉(zhuǎn)

9、換成外設(shè)所需要的控制信號去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。PLC通過CPU364上的以太網(wǎng)口與工控機相連，采用TCP幾P通訊協(xié)議與上位監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換。通過電源模塊上的串口與司機室觸摸屏相連，采用SNrP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給觸摸屏監(jiān)控軟件。2.3監(jiān)視層電氣室裝有工控機和正議圖形控制軟件，實時動態(tài)顯示起重機各運行機構(gòu)的運行狀態(tài)，并實時顯示電機速度、起重量等參數(shù);司機室放置GP2301工業(yè)觸摸屏，實時顯示各電氣元部件狀態(tài)。為了方便用戶對設(shè)備的使用、維修和管理，該起重機具有完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)和故障報警顯示器。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件就是一臺上位計算機，通過以太網(wǎng)卡與PLC進行數(shù)據(jù)通信;其軟件平臺為正如口.6人機界面軟件。起重機調(diào)

10、試界面如圖3所示。 該起重機的主要作業(yè)機構(gòu)為起升、小車和大車機構(gòu)，而起升和小車構(gòu)成的立體作業(yè)運行過程為監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個很好的二維動態(tài)顯示畫面。該監(jiān)控系統(tǒng)可以動態(tài)模擬起重機的作業(yè)狀況，包括起升、小車機構(gòu)運行的動畫模擬。其中起升和小車的移動位置和速度是根據(jù)PLC所提供的計算位置和速度而得到的，并伴有數(shù)值顯示。起重機在運行過程中可能發(fā)生的故障，都可由上位系統(tǒng)進行監(jiān)視、存儲及打印。當某一故障發(fā)生時，進人替報記錄查看器，即可查看到歷史上所發(fā)生的故障、警報的內(nèi)容和時間、日期。起重機的調(diào)試或維護工程師，都希望能在設(shè)備運行過程中，對各機構(gòu)的轉(zhuǎn)速、電流、力矩等參數(shù)進行實時狀態(tài)監(jiān)視。而監(jiān)控系統(tǒng)具有這種以曲線形式

11、反映在坐標軸上的示波器功能，坐標軸的橫坐標為時間，縱坐標為參數(shù)值，曲線可以根據(jù)參數(shù)類型進行放大、縮小，其掃描速度可以加快、減慢或停止，并可鎖定。此外，各個機構(gòu)的速度設(shè)定、轉(zhuǎn)速、電流、力矩等參數(shù)曲線可以任意單獨切換或同時選擇。監(jiān)控系統(tǒng)各類故障表、變頻器參數(shù)表、曲線圖等均可通過打印機打印出來。3結(jié)束語l)閉環(huán)控制的速度反饋采用增量式脈沖編碼器，系統(tǒng)具有足夠的調(diào)速硬度和良好的低頻轉(zhuǎn)矩特性，能避免低頻時滿負荷工況下發(fā)生帶不動負載的現(xiàn)象。2)軌道式集裝箱門式起重機應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以實現(xiàn)整機迅速準確的移動和定位，運行平穩(wěn)。起升機構(gòu)具有良好的低速性能，實現(xiàn)零速抱閘，全速受控，減少制動器閉合時的振動及制動片磨