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当前位置: 首页 > 新闻频道 > 专业论文 > 基于PLC控制的变频调速在桥式起重机的应用
基于PLC控制的变频调速在桥式起重机的应用
来源:中国数控机床网   发表时间:2019-6-12 22:38:00  浏览次数:
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1.引言

  在桥式起重机控制系统中采用PLC控制也越来越多,运用PLC能简化电路,使设计更加简单,安全和可靠[1]。传统的桥式起重控制系统主要采用继电器接触器进行控制,采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速,这种系统存在可靠性差,操作复杂,故障率高,电能浪费大,效率低等缺点。本题目针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题,把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上,并进行了较深入的研究,控制系统主要采用桥式起重机变频调速技术后具有节能、减少机械磨损,启动性能好等诸多优点。


  2.桥式起重机简介

  桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的,一种桥架型起重机,又称天车。桥式起重机的桥架沿辅设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿辅设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就可以充分利用桥架下面的空间调运物料,不受地面设备的阻碍。由于现代工业技术的飞速发展,传统的桥式起重机系统存在的可靠性差,故障率高,电能浪费大,效率低等缺点已无法满足社会的需求,因此本设计将针对以上问题对桥式起重机控制系统进行改进。

而基于PLC的桥式起重机系统的控制就是一种由PLC控制的桥式起重机系统,利用变频器的变频调速对桥式起重机进行编程、调试,可以解决传统桥式起重机控制系统存在诸多的问题,变频调速以其可靠性好,高品质的调速性能、节能效益显着的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。


  3.桥式起重机的系统控制要求

  对桥式起重机变频调速控制系统的基本要求:

  (1)主、副机构升降速度调节;

  (2)运行机构运行速度调节;

  (3)保护功能:主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保护等。

  控制系统应由PLC、继电器、操纵台各主令控制器、开关、按钮、指示灯及各部位限位开关等组成。

  桥式起重机大车、小车、主钩、副钩都需要独立运行,大车为两台电动机同时拖动,经变频器传动,并由PLC加以控制。各部件的功能及实现方法如图1所示:


  4.PLC的选择

  目前PLC使用性能较好的有SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司。本课题主要选用西门子PLC S7-300系列,主要根据如下:

  (1)选用该机型可以满足桥式起重机电气控制系统涉及较多输入/输出端口的要求。

  (2)西门子PLC目前应用比较成熟,技术上有保证,且有丰富的成功经验可以鉴戒,缩短系统开发的周期,降低成本。

  (3)西门子S7-200通讯功能比较弱,不利于上下位机的通讯,同时功能比较简单,不能满足控制要求。S7-400主要用于大型的集散控制系统中,由于选用S7-300就可以满足工艺控制要求,因此没有必要选择S7-400,增加成本。根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑,我们采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。


  5.变频器

  起重机变频器,特别是主钩及副钩变频器,需配用制动电阻。起重机放下重物时,由于重力作用起重机将处于再生制动状态,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,甚至达到危险的地步[3]。因此,必须将再生到直流电路里的能量消耗掉,使直流电压保持在允许范围内,制动电阻就是用来消耗这部分能量的。

  变频器在实际使用中,电动机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行,变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出,即变频器的外部运行操作,大大提高了生产过程的自动化程度。

  变频器运行操作:

  (1)变频器启动:在变频器的前操作面板上按运行键,变频器将驱动电动机升速,并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。

  (2)正反转及加减速运行:电动机的转速(运行频率)及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键(▲/▼)来改变。

  (3)点动运行:按下变频器前操作面板上的点动键,则变频器驱动电动机升速,并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键,则变频器将驱动电动机降速至零。这时,如果按下一变频器前操作面板上的换向键,在重复上述的点动运行操作,电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。

  (4)电动机停车:在变频器的前操作面板上按停止键,则变频器将驱动电动机降速至零。


  6.桥式起重机工作过程

  在启动状态下,各类设备的控制应根据操作面板上的按钮输入来控制,升降机在启动和停止时,通过检测变频器输出的频率,控制电磁制动器的运行,其工作过程如下:

  (1)接通电源,启动系统;

  (2)按下大车运行按钮,大车启动,通过加速、减速按钮改变大车速度;

  (3)按下小车运行按钮,小车启动,通过加速、减速按钮改变小车速度;

  (4)按下升降机运行按钮,升降机启动,通过加速、减速按钮改变升降机速度。

  当需要重物悬停半空时,减小变频器输出频率,直到设定值,频率停止下降,启动电磁制动器,将重物抱住,防止溜钩现象;当重物需从半空开始上升或下降时,增加变频器的输出频率,到达某设定值时,停止上升,停止电磁制动器工作,松开重物,变频器输出频率持续增加到所需值。


  7.下位机设计

下位机设计在Step7中,用项目来管理一个自动化控制系统的硬件和软件。这些项目又由SIMATIC管理器集中管理,通过该管理器可方便地浏览SIMATIC.S7.C7和WinAC的数据。SIMATIC管理器提供两种创建项目的方法:使用向导创建项目和手动创建项目。在这里,我们使用向导来创建项目。

  直接建立的项目只包含一个MPI对象,需要通过“插入”菜单来手动添家对象,用户可以插入一个PLC站,先进行硬件组态,完成硬件组态后,再在相应CPU的S7程序目录下编辑用户程序;也可以先插入一个独立的S7程序,编写用户程序,再进行硬件组态,等组态完成后将程序复制到相应的CPU中。

  双击“OB1”进入梯形图编辑画面,如图4所示。在这里编写梯形图程序,本设计没有采用功能和功能块,也没有应用到数据块等模块,所有程序都编写在组织块“OB1”中,程序比较易懂。

  打开所要调试的程序块,点击按钮,然后选择“调试”菜单下的“监视”命令,开始对程序块里梯形图进行调试。

  此时,我们仍可用Step7中的变量监控或程序块在线监视等功能来测试PLC程序,也可查看当前CPU的状态(扫描时间、存储空间等),操作方法与实际PLC的操作基本相同。


  8.监控画面

  在PLCSIM仿真窗口将仿真PLC的CPU置于运行模式,打开WinCC窗口,激活项目,如图6,观察桥式起重机的仿真过程,其中可以像实际监控操作那样开关阀门、修改参数、查看运行数据和曲线等。通过这种方式,我们可以测试上位机软件,检查相应的功能和错误,方便维护及维修人员的修理。


  9.结束语

  由PLC控制的桥式起重机系统,将可编程序控制器、变频器和触摸屏控制技术应用于桥式起重控制系统中,使得起重机的整体特性得到较大提高,投入运行后效果良好,运行稳定,同时可提高产品的质量和生产效率。

 

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