PLC在桥式起重机控制系统中的应用论文.doc
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1、摘要桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备,在企业生产活动中应用广泛。本文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,并进行了较详细的分析。1.根据桥式起重机的运行特点,桥式起重机控制系统采用变频调速系统,该系统主要由主令控制器、PLC控制系统、变频调速系统等组成。2.PLC系统采用德国西门子公司产品,能控制起重机大车、小车的运行方向和速度换档;吊钩的升、降方向及速度换档,同时能检测各个电机故障现象并显示,减小了传统继电器接触器控制系统的中间环节。减少了硬件和控制线,极大提高了系统的稳定性,可靠性。关键词:PLC;可编程序控制器;桥式起重机;变频调速AbstractThe bridg
2、e crane carries a kind of typical equipment in the supplies system,so it have extensive function in the activity of producing enterprise. In this paper, the programmable logic controller and the inverter control system are used on bridge type hoist crane,more details are analyzed.1.According to the
3、operation characteristic of bridge crane, bridge crane control system adopt bridge crane frequency conversion, this system mainly by the master controller, the PLC control system and frequency conversion system. 2. .PLC system adopts the SIEMENS Company products, can control the crane cart,car opera
4、tion direction and change speed; To rise,lower cliver direction and change speed,can measure each motor trouble phenomenon to show at the same time, have reduced traditional electricity Contact-type control system of intermediate link. it reduce the hardware and control line, has improved systematic
5、 stability, dependability greatly.Key Words:PLC;programmable controller;bridge type hoist crane;frequency conversion1、引言桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。经过几十年的发展,我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面,不断积累经验,不断改造,推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中,结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此,除了机械上改进设计外,改善交流电气传动,减少起制动
6、冲击,也是一个很重要的方面。由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速,致使机械冲击频繁,振动剧烈,因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。传统的起重机驱动方案一般采用:(1)直接起动电动机;(2)改变电动机极对数调速;(3 )转子串电阻调速;(4)涡流制动器调速;(5)可控硅串级调速:(6) 直流调速。前四种方案均属有级调速,调速范围小,无法高速运行,只能在额定速度以下调速。起动电流大,对电网冲击大;常在额定速度下进行机械制动,对起重机的机构冲击大,制动闸瓦磨损严重;功率因数低,在空载或轻载时低于0.2-0.4,即使满载也低于0.75,线路损耗大。可控硅串级
7、调速虽克服了上述缺点,实现了额定速度以下的无级调速,提高了功率因数,减少了起制动冲击,价格较低,但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段,尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能,很好的保护功能及系统监控功能,所以有时采用直流电动机,而直流电动机制造工艺复杂,使用维护要求高,故障率高。1.1 桥式起重机的简介起重机是现代工业企业、交通运输,基本建设部门不可缺少的起重设备,主要用以提升(或下降)和搬移长大笨重货物,还用于工厂车间装配大型机器和生产工艺的必要装备。因此,起重机是减轻工人的繁重体力劳动,提高劳动生产率必不可少的起重设备。桥式起重机由一根或两根主梁和两根端梁构成一个桥架。在桥
8、架上装有起重小车,小车沿桥架运行。桥架运行在厂房内架设的轨道上,也可以运行在露天的栈桥上。桥式起重机也称为“天车”或“行车”或“桥吊”。有些铁路货场都露天安装桥式起重机,用以装卸长大笨重货物,它就是横架于两排钢筋混凝土栈桥上。起重机沿栈桥上的轨道作纵向运移。起重机的起重小车在桥架上的小车轨道上作横向移动,这样,吊钩或抓斗就可在一个长方体 (起升高度、跨度、走行线长)的空间内任意位置上作升降、搬运物件的运动。安装于露天的桥式起重机如图l所示。桥式起重机的形式繁多,根据它的结构和用途的不同主要有以下几种形式:根据桥架结构的不同,可分为双梁箱形结构、四桁架结构、三角形桁架结构和单主梁箱形结构等几种形
9、式的桥式起重机。其它形式基本上在它们基础上演变而来的。而且根据用途的不同,还可分为管通吊钩,抓斗桥式起重机和其它专用桥式起重机。以普通吊钩桥式起重机应用最为广泛。早期的桥式起重机采用在电动机转子中串联电阻,利用电阻的切换来实现各档位的切换,低速挡只起到过渡的作用,不允许在低速挡长时间运行,否则控制回路中电流过大会引起电阻过热而烧毁,当利用起重机来进行设备检修、装配等工作需要低速运行时只能点动,速度控制精确度不高,且对电机和机械零部件冲击大,可靠性差。随着电力电子技术的发展,变频调速作为一种调速方法自本世纪初提出以来发展十分迅速,它在节能,维护量小, 自动控制性能好等方面有明显的优点,变频技术正
10、普遍应用于电力拖动领域,特别是对一些耗能较大的设备实行变频调速,取得了明显的节能效果,而起重机械设备的拖动调速系统在低于额定转速时,仍然主要是通过转子的外接电阻消耗能量来实现。近年来,各大有色企业都在进行技术改造,工程项目很多,在每一个工程项目中,都少不了桥式起重机。比如江西铜业集团公司贵溪冶炼厂备料车间,梅山热轧技改和2号连铸机工程,中铝广西分公司,中国铝业青海分公司第三电解厂等都采用了变频调速技术,并采用了PLC进行控制。在9O 的起重机上成功地运用了变频调速技术。使起重机在全速范围内实现了高精度控制,不论轻载或重载均有稳定的运行速度,起、制动平稳,减小了机械传动机构的冲击,调速范围宽,可
11、达1:10以上;变频调速转矩响应快,零速能够输出额定转矩,为防止松闸、抱闸时的溜钩现象提供了可靠的保证;主令控制信号与变频器给出的低速抱闸信号相结合控制制动器动作,达到低速抱闸及准确定位功能,并可减轻制动器的磨损。现在一般起重机使用的变频器有日本安川VS616G7 系列, 三菱的FR- A240E, FR- A241E 系列, 德国西门子的SIMOVERT-6ES70 系列, ABB 公司的ACS600 系列, 英国CT 公司的Unidrive系列等变频器。起重机采用先进的可编程控制技术(PLC)和变频器技术,以程序控制取代继电器-接触器控制,交流电动机调速方式采用变频调速。1.2 工艺要求1
12、.2.1桥式起重机的主要技术参数(1)起重机 15/3 t(2)工作速度 起升速度 820m/min 小车速度 3050m/min 大车速度 80120m/min1.2.2提升机构与移动机构对电气控制的要求 为了提高起重机的生产率和生产安全,对起重机提升机构电力拖动自动控制提出如下要求:(1)、具有合适的升降速度,空钩能快速升降,轻载提升速度应大于额定负载的提升速度。(2)、具有一定的调速范围,普通起重机调速范围为3:1,对要求较高的起重机,调速范围可达(510):1。(3)、适当的低速区,提升重物开始或下降重物到预定位置附近,都需要低速。为此,在30%额定速度内应分成几档,以便灵活操作。高速
13、向低速过渡应逐级减速,保持稳定运行。(4)、提升的第一档为预备档,用以消除传动间隙,将钢丝张紧,避免过大的机械冲击。但预备级的起动转矩不能大,一般限制在额定转矩的一半以下。(5)、负载放下时,依据负载大小,拖动电动机可以是电机状态、倒拉反接制动状态与再生发电制动状态。(6)、为了安全,不但具有机械抱闸的机械制动,以减轻机械抱闸的负担。不允许只有电气制动而无机械制动,不然发生电源事故停电时,在无制动力矩作用下,重物将自由下落,造成设备或人身事故。大车运行机构与小车运行机构对电力拖动自动控制的要求比较简单,只要有一定的调速范围,分几档进行控制即可。为实现准确停车,应采取制动停车。1.2.3起重机数
14、字化控制系统的简述该系统通过主令控制器给定PLC的速度信号来对整个系统的调速,桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机都需独立运行, 大车为两台电动机同时拖动, 所以整个系统有5 台电动机,4台变频器, 并由1台PLC 分别加以控制。可编程序控制器: 完成系统逻辑控制部分控制电动机的正、反转调速等控制信号进入PLC, PLC 经处理后, 向变频器发出起停、调速等信号, 使电动机工作, 是系统的核心。变频器: 为电动机提供可变频率的电源, 实现电动机的调速。制动电阻: 起重机放下重物时, 由于重力加速度的原因电动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,
15、 甚至达到危险的地步。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。2、系统设备的选用12.1电机的选择起重机提升和运行机构的调速比一般不大于1:20,且为断续工作制,通常接电持续在60%以上,负载多为大惯量系统。严格意义上的变频电机,转动惯量较小,响应速度较快,可工作在比额定转速高出很多的工况条件下,这些特性均非起重机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致;在连续工作时考虑到冷却效果限制了普通电机转矩应用值,普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。普通变频器在调度比为1:20的范围内确保起重机上普
16、通电机有150的过载力矩值。此外起重机电机多用于大惯量短时工作制,通常不工作时间大于或略小于工作时间。电机在起动过程中可承受2.5倍额定电流值,因此高频引起的1.1倍电流值可不予考虑。但若电机要求在整个工作周期内在大于1:4的速比下持续运行则必须采用他冷式电机。 提升机钩电机选用适合频繁起动,转动惯量小,起动转矩大的变频用电机。目前,国外以4极电机作变频电机首选极数。电机功率为 式中P功率,KW W额定起重量(最小幅度时)吊钓重量钢丝绳重量,N; V提开速度,m/s; 机械效率。用变频器驱动异步电动机时,由于变频器的换向冲击电压及开关元件瞬间的开闭而产生冲击电压(浪涌电压)引起电机绝缘恶化,对
17、电压型PWM变频器应尽量缩短变频器与电机间接线距离或者考虑加入阻尼回路(滤波器)。电动机功率的选择,必须根据生产的需求来决定。一般来说,起重机用电动机比一般工业生产机械所用的电动机的功率大10%左右;这是由于起电机的工作特点所决定功率不能选择的太大,否则电动机不能充分发挥作用这不仅造成资金与材料的浪费,而且轻载时电动机的效率及功率因数也较低增加了电力的非生产性消耗,提高了运转费用。反之,如果电动机的功率选择过小,长期的过载运行将使电动机发热而烧毁,甚至于造成严重的事故。电动机的选择取决于下面两个主要条件:1、发热 电动机正工作时,一方面将电能转变为机械能而作功,另一方面由于电动机绕组本身的阻抗
18、要消耗一部分电能面转变成热能,使电动机的温度升高。电动机由于受体积结构等的限制,内部绝缘材料的耐热能力很差,极易造成老化。当温度超过电动机所允许的限度时,绝缘能力被破坏,电动机将烧毁,所以发热是选择电动机功率的一个极为重要的因素。电动机铭牌上都规定有电动机的温升,它指的是电动机在额定负载下运行时,定子发热后的允许温升与周围环境温度之差。2、过载能力 各种电动机都有一定的过载能力。交流电动的过载能力TM是最大转矩M与额定转矩MC的比值即一般起重机用的交流异步电动机的过载能力为2.53.3。交流电动机的过载能力 式中 Imax 电动机允许的最大电流值 Ic 电动机的额定电流值各种电动机的过载能力可
19、从设计手册中查得。电动机因过载而发生温升需要有一段时间,从发热方面来说,容许有短时的过载。但就过载能力而言,即使在很短时间内也是允许的。所以发热和过载能力必须同时考虑。桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车动机一台、15吨大钩、3吨小钩提升电动机各一台,这次设计总的思路是用四台变额器来控制五台电机。根据分析计算后电机的基本选型为表1所示:各部分型号标称功率KW额定电流A额定转矩N.m额定转速r/min最大转矩/额定转矩倍Times转动惯量Kg.m重量kg小车YZ160MR-6Z11227014653.50.085125大车YZ160M2-62243.7140.014653.50.148
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