PLC在铸造起重机变频调速系统中的应用.pdf

续表 1 单小车一 双小车一 双小车一双吊具一串列式 单吊具一 小车相互 小车相互 4小车一双吊具一并列式 双吊具 串列式 协作型 独立型 前小车 2 50 2 40 2 4 0 小车行走 ／ m m i n 24 0 24 0 速度 后小车 2 40 2 4 0 ／ m m i n 4 1 轨 上 4 2 轨上 4 1 前小车 起升高度／ m 4 1 4 1 1 9 ． 5 轨下 2 0 轨下 1 5 后小车 大车行走速度／ m mi n 6 0 4 5 4 5 前伸距／ m 6 8 ． 2 6 3 6 3 2 5～ 6 8 2 5～ 6 8 后伸 m 2 3 1 6 ． 5 1 9 2 3 2 3 轨 距／ m 3 0 ． 4 8 3 5 3 5 3 5 3 5 装 卸效率提高程度／ ％ 5 0 5 0 1 0 0 多倍 多倍 意大利 设计单位 上海振华 上海振华 上海振华 意大利 F a n t uz z i Fa n t uz z i 3结论 港 口集装箱 多箱装卸 ，是一种提 高码头 前沿 装卸效 率 的有效 途径。国 内外 开发 的各 种机 型， 在码头上 的应用也证实 了这种方式 的正确性 及其 效果 。大型港 口今后在配备装 卸大型集装箱 船舶 的 前沿装卸设备时， 推荐采用多箱同时起吊的 岸桥。 、 参考文献 [ 1 ]B e n e d i c t Y o u n g ． F a n t u z z i ’ s d e s i g n s f o r a ‘ h a r b o u r r e v o l u - t i o n ’ [ J ] ．C a r g o s y s t e m s ，2 0 0 9 1 ／ 2 2 52 7 ． 作者地址北京市海淀区西土城路 8号交通部水运科学研 究院机电室 邮 编 1 0 0 0 8 8 收稿 日期 2 0 0 9 0 6一 O 1 P L C在铸造起重机变频调速系统中的应用 王吉明李虎 西门子工厂 自动化工程有限公司上海分公司 上海2 0 0 0 3 0 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 0 0 3 0 0 6 6 0 3 在大型钢厂 ，铸造起重机 由于工作环境异 常 恶劣 ，工作 异常频 繁 ，其电气控制 的可靠性和 准 确性成为一大难题⋯ 。近年来 ，随着计算机技术 和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控 制领域也 E t 新月异。其 中 P L C以其可靠性高 、适 一 6 6 一 应性好、接 口功 能强、体积小 、组态灵 活等特点 得到了广泛的应用 ，P R O F I B U S D P总线技术的 日 益成熟 ，将变频调速装置与 P L C有机的结合起来 ， 为 P L C在铸造起重机变频调速系统中的应用提供 了有利条件 。 起重运输机械 2 0 1 0 3 1 系统硬件组成 铸造起重机的主要任务是为冶炼炉运送钢水 ， 一 般有主起升机构 、副起升机 构、大车机 构、主 小车机构 和副小车机构 。每个 机构都需要独立 运行 ，本系统采用双 A F E变频器 ，系统框 图如图 1所示 。 一 M P 面P R O F I B U S L二_ j匕 1 号AF E 蠢 l l蠢 l l蠢 Il蠢 l I II蠢 fI II fl ll f l霎I f lI 逆 变 器 工 副 小 生 电 机 逆 变 器 I 大 奎 2 号 电 机 图 1 铸造起 重机变频调速 系统框 图 在正常情况下 ，每台 A F E变频器带各 自的逆 变器。如果其中 1台有故障可以通过切换用另 1台 逆变器工作。同时 ，主起升机构 的 1号逆变器 可 与 2号逆变器进行切换 ，副起升机构逆变器可与 1 号大车逆变器进行切换 ，S tai d , 车逆变器可与 2号 主小车逆变器进行切换 ，这样 即可保证 1台逆变 器有故障时用 另 1台逆变器来驱 动，起到冗余保 护。整个系统有 1 2台电机、8台逆变器和 1台工 控机，并 由 1台主 P L C加 以控制 ，可实现集 中控 制和集中管理。 1 ． 1 可编 程控 制器 可编程逻辑控制器主要完成 系统 逻辑控制部 分功能，根据现场要求选用西 门子 4 1 42 D P作为 主 P L C，通过 P R O F I B U S总线与变频器连接 ，控制 电机 的正、反转 、调速等控制信号 进人 P L C，经 P L C判断、处理后 ，向变频 器发 出启 停、调速 等 信号 ，使电动机工作。 1 ． 2变频器 A F E和逆变器 变频器 A F E是将交流电变成直 流电，来为逆 变器提供电源，并能实现 电能 的回馈 。当起 重机 下放重物时，由于重力加速度 的原因电动机将处 于发电状态 ，拖 动系统的动能要 反馈 到变频器直 流电路 中，使直流 电压不断上升 ，甚 至达到危 险 值。因此 ，A F E能够很好 的将这部分 电压 回馈到 电网中，提高了电能的利用率 ，并能跟踪 电网 电 起重运输机械 2 0 1 0 3 压的相位 ，减少 了对 电网的冲击。逆 变器为电动 机提供可变频率的电源 ，实现电动机的无级调速。 1 ． 3工控 机 工控机作为起重 机最上层综合 监测 系统 ，它 由工业控 制计算机和彩色显示器组成 。工业 控制 计算机采用触 摸屏 式工业控制计算机 ，内装基 于 中文 Wi n d o w s 操作平台的起重机监控软件。 综合监测系统通过 P L C将检测信息采集 回来 ， 以 MP I 通信方式传输给工业控制计算 机，完成运 行状态的图形显示、故障显示、信号监测、报警、 记录、报表管理等。 2系统软件设计 系统软件的设计是通过对 P L C进行 编程实现 与变频器的信息交换 ，它是系统实现控制的核心。 将程序结构化 编程 ，控制任务分解为能够反映过 程的工 艺、功能或可 以反复使用 的小任务 ，这些 任务由相应 的程序部 分表示 ，即为所 知的块。为 使用户程序工作 ，组成用户程序 的块必须被调用 ， 块调用指令 只能在逻辑 中编写 和启 动 ，而编程 的 重要依据是系统 的工作过程。 在无急停故障，急停 开关符合要求 的情况下 ， 所有手柄都处于零位 ，按下启动按钮 S B 1 ，接触器 吸合 ，三相电源接通 ，A F E变频 器得 电，整个 系 统启动 。 2 ． 1 起升机构的设计 起升机构共有 主起 升机构和 副起升机构 ，主 起升机构用 于 吊钢水包 ，副起升机构则用 于配 合 主起升将钢水倒 出，其 操作手柄共有 4挡 ，在正 常情况下 ，速度 的设定分 别为 1 0 ％ 、2 0 ％、5 0 ％ 和 1 0 0 ％。主起 升机构是 铸造起 重机 中的重要机 构，因此由 2套传动装置构成 ，它由 1个联轴器将 2套减速器的低速轴连结在一起 ，使 2套装置同步 运转 ，并保证 当 1套传 动装置 出现故 障时，可 由 另 1 套传动装置支持全部起 吊载荷 。系统启动时 ， 卷筒 的液压制动器首先开 闸，起 升时电机上的制 动器松闸 ，同时启动起 升电机 ，起升机构按 照事 先设定的速 度根 据手柄的挡位开始运行 ；起 升机 构停止起 吊重物时先切断起升 电机 ，随即电机的 制动器全部制动 抱闸 ，此时起升机构完成 了 1个 工作循环 。系统停机时 ，卷 筒 的液压制动器卸压 上闸，因此在系统正常工作状 态 中，无论是超 速 一 6 7 开关或是时间继 电器都 不起作用 ，都不会指令液 压制动器闭合上闸L 3 l 4 ] 。 当传 动轴 系统发 生破坏 性故 障 ，如 断轴 时， 钢水包迅速下坠 ，卷筒超速旋转 ，超速开关 装 在起升电机后面 在超速状态下关断 电磁阀使液 压制动器卸压上 闸，卷筒停止旋转。此时切断驱 动电机电源 ，起升电机全部制动器上 闸，吊钩或起 吊的重物停止下坠，避免因坠包而酿成事故l 4 J 。 当起 吊重物超载时，起 升机构不再继续上升 ， 只能下降，司机室报警器报警 ，直至超载消除。 2 ． 2 小车机构的设计 小车机构共有主小车机构 和副小 车机 构，用 于实现主起升和副起 升水平方 向的移 动，其操作 手柄共有 4挡 ，其控制程序流程图如图2所示。在 正 常 情 况 下 ，速 度 的设 定 分 别 为 1 0 ％、2 0 ％ 、 5 0 ％和 6 0 ％。同时 ，在每个小车 的平移两端都装 有减速限位、停止限位开关 ，防止小 车撞 到两边 的梁上而发生故障。当小车碰到减速 限位 时，无 论现在手柄 在几挡 ，小 车只能 以 1 0 ％速度运行 ， 当碰到停止限位则停机。 妥 T l 』 主 至 l I N I 墨 壁 I 氧 匦 圈 王 堑 当l l 王 堑 当I I 王 塑 l I 圭 堑 t t I t 匝蛰区固匮 图 2 小 车机构控制流程图 小车机构设有 K 0 1急停回路和 K 0 2急停 回路 ， 当 K 0 1急停 回路发生故 障时 ，整个 系统跳 闸，所 有机 构均 停止 动 作 ，如 果 想再 次 开机 ，则需 要 3 m i n之后 ，这是为了等待 A F E充分放电，保证安 全 ；当 K 0 2急停 回路 中发 生故 障时，则只有小车 机构跳闸，其他机构可正常工作。 2 ． 3 大车机构的设计 大车机构操作手柄共 有 4挡 ，其控制程序 流 程图如图 3所示 。在正常情况下 ，速度 的设定分 别为 1 0 ％ 、2 0 ％ 、5 0 ％ 和 8 0 ％。同时，在大车的 后端分别装有减速 限位 、停止 限位和极 限限位 开 关 ，在大车的前 端分别装有 防撞减速 限位 和防撞 一 6 8 一 停止限位 ，以防止 2台车发生相撞。当大车碰 到 减速限位时 ，无论 当前手柄在几挡 ，大车 只能 以 1 0 ％速度运行，当碰到停止 限位则停机 ，如果碰 到停止限位还没有停下来则会碰到极 限限位 ，此 时机构紧急停车，整个系统跳闸停机。 大车机构设有 K 0 1和 K 0 2急停 回路，当 K 0 1 急停回路发生故障时，整个系统跳 闸，所有机构 均停止动作 ，如果想再次开机 ，则同样 需要 3 m i n 之后 ；当 K 0 2急停 回路中有故 障发生 时，则 只有 大车机构跳闸，其他机构可正常工作。 大车停机 系统停机 r _ _ 极限限位 I 圭 缒 些I l 圭 塑 I l 圭 塑 些l l 王 堑 些I 豳豳豳豳 图 3 大车机构控制流程图 3 结束语 利用 P L C控制的变频调速技 术，可以集 中控 制各机构的运行状态 ，铸造起重机 系统 的各挡速 度、加速时间和制动减速时间可根据 现场情 况 由 变频器设置，调整方便。负载变化时 ，各挡 速度 基本不变 ，调速性能好。通过 现场应用 ，该控制 系统应用准确、可靠 、良好。 参考 文献 [ 1 ] 马兵 ． P L C在铸造起重机 安全制动器上 的应 用[ J ] ．起 重运输机械 ，2 0 0 6 6 3 3 3 5 ． [ 2 ]徐丽娟 ． P L C控制 的变频 调速 在桥式起 重机拖 动系统 中的应用 [ O L ]．中国工控网． [ 3 ]韩泓 ．铸造起 重机 电气系 统介绍 [ J ] ．电气传 动 自动 化 ，2 0 0 3 ，2 5 6 5 2 5 4 ． 『 4 ]王慕文，王晓瑜 ．盘式制动器的性能分析及应用[ J ] ． 冶金设备 ，2 0 0 3 ，2 1 5 6 5 8 ． 作 者 王吉明 地 址北京市朝阳区酒仙桥东路 9号 A 1 栋 8层 邮 编 1 0 0 0 1 5 收稿 日期 2 0 0 9 0 5 0 4 起重运输机械 2 0 1 0 3