可編程序控制器與變頻器技術(shù) 在行車中應(yīng)用

可編程序控制器與變頻器技術(shù)在行車中的應(yīng)用摘要：可編程序控制器(PLC)是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在現(xiàn)代工業(yè)過程控制中得到了廣泛應(yīng)用。行車作為起重設(shè)備，在大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)中使用廣泛，但傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和串級(jí)調(diào)速方式存在故障率高、調(diào)速精度差、重載起吊容易出現(xiàn)溜鉤等問題，可靠性得不到保證。本方案利用了西門子公司的S7-300型PLC結(jié)合ABB公司ACS800變頻器對(duì)15+5噸行車進(jìn)行了改造，獲得良好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能。論文主體一引言：西門子公司的S7-300型PLC，從功能上看可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。體現(xiàn)出了良好的靈活性和通用性，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，編程語言簡(jiǎn)單易學(xué)，與外部設(shè)備連接簡(jiǎn)單，使用方便，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短等特點(diǎn)。ABB公司的ACS800系列變頻器是基于直接轉(zhuǎn)矩控制的新一代交流調(diào)速設(shè)備，具有零速狀態(tài)下的100%額定轉(zhuǎn)矩輸出能力，同時(shí)利用其自帶的宏控制，可以在重載起重時(shí)避免溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)。在吊鉤下降過程中利用能耗制動(dòng)回路的吸收可以避免因反電勢(shì)過高對(duì)電機(jī)繞組的損壞。利用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)行車設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，有著重要意義。關(guān)鍵詞：PLC變頻器行車控制改造Q1二、硬件構(gòu)成Q1X11RSTX11RST主鉤變頻器ACS800UVWACS800X221DI1停止/啟動(dòng)2DI2正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3DI3能耗制動(dòng)4DI4加/減時(shí)間5DI5速度選擇6DI6速度選擇11DI1L啟動(dòng)聯(lián)鎖X25制動(dòng)單元電源M1機(jī)械制動(dòng)PLCI0.0緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)抱閘監(jiān)視速度選擇速度選擇速度選擇速度選擇上升限位下降限位Q2RSTRST副鉤變頻器ACS800UVWACS800X221DI1停止/啟動(dòng)2DI2正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3DI3能耗制動(dòng)4DI4加/減時(shí)間5DI5速度選擇6DI6速度選擇11DI1L啟動(dòng)聯(lián)鎖X25制動(dòng)單元M2機(jī)械制動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)抱閘監(jiān)視速度選擇速度選擇速度選擇速度選擇上升限位下降限位X11PLCI0.0I0.2Q0.1I2.1QI2.2QI2.3QI2.4QI2.5QI2.6QIIIIQ3RST大車變頻器RST大車變頻器ACS800UVWACS800X221DI1停止/啟動(dòng)2DI2正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3DI3能耗制動(dòng)4DI4加/減時(shí)間5DI5速度選擇6DI6速度選擇11DI1L啟動(dòng)聯(lián)鎖X25制動(dòng)單元M3機(jī)械制動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)速度選擇速度選擇向右限位終端限位向左限位終端限位X11PLCI0.0Q4RST小車變頻器ACS800UVWACS800X221DI1停止/啟動(dòng)2DI2正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3DI3能耗制動(dòng)4DI4加/減時(shí)間5DI5速度選擇6DI6速度選擇11DI1L啟動(dòng)聯(lián)鎖X25制動(dòng)單元M4機(jī)械制動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)速度選擇速度選擇向前限位終端限位向后限位終端限位X11PLCI0.0Q5備注；正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)選擇，0=正轉(zhuǎn)、1=反轉(zhuǎn)。加速/減速時(shí)間選擇，0選擇斜坡時(shí)間0，1選擇斜坡時(shí)間1。1升降主電路由三相交流電輸入、主鉤驅(qū)動(dòng)變頻器（ACS800-75KW）、副鉤驅(qū)動(dòng)變頻器（ACS800-45KW）、吊鉤電機(jī)、能耗制動(dòng)單元等組成。由于采用交---直---交變頻器。在負(fù)載自身重力下，制動(dòng)時(shí)回路的能量不能送回電網(wǎng)，為限制泵升電壓和負(fù)載下降時(shí)反電勢(shì)的升高采用能耗制動(dòng)單元。2大、小車主電路大、小車主電路由大車驅(qū)動(dòng)變頻器（ACS800-45KW）、小車驅(qū)動(dòng)變頻器、大車行走電機(jī)、小車行走電機(jī)、能耗制動(dòng)單元等組成。3PLC控制電路選用西門子公司的S7-300型PLC。PLC接收來自行車主令控制器、限位開關(guān)的信號(hào)和變頻器的狀態(tài)。經(jīng)程序判斷與運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)行車的各控制功能。PLC輸出監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，向各變頻器發(fā)送運(yùn)行方向、啟動(dòng)、速度調(diào)整、制動(dòng)的運(yùn)行指令。4變頻器ACS800變頻器的直接轉(zhuǎn)矩控制方式可以在無外接測(cè)速傳感器的情況下，利用檢測(cè)自身的輸出電流通過閉環(huán)構(gòu)成高精度的轉(zhuǎn)矩控制。在變頻器的選型方面，根據(jù)主鉤、副鉤電機(jī)容量，對(duì)變頻器的輸出功率選擇放大一檔，對(duì)于大、小車行走電機(jī)所選變頻器輸出功率則按實(shí)際電機(jī)容量選擇即可。行車吊鉤制動(dòng)電路行車作為一種吊裝各種貨物的工具。在物件位勢(shì)負(fù)載狀態(tài)下，要求安全可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、停車準(zhǔn)確。通過變頻器速度給定的選擇，操作人員可以使吊鉤上的物件到達(dá)指定位置。本系統(tǒng)采用減速機(jī)，其減速比I=1/32,拽引輪直徑=580MM電磁抱閘制動(dòng)和變頻器能耗制動(dòng)相結(jié)合。5行車吊鉤升降控制主要由RMIO板、PLC、變頻器、吊鉤升降電機(jī)、機(jī)械抱閘等組成?？刂朴蒔LC發(fā)出指令進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)的控制。運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)，指示燈長(zhǎng)亮。點(diǎn)動(dòng)時(shí)，其指示燈以1S的間隔閃爍。三主吊鉤程序設(shè)計(jì)吊鉤電機(jī)利用四個(gè)速度選擇按鈕通過程序運(yùn)算后輸出到變頻器RMIO板的DI5、DI6上進(jìn)行頻率給定方式的選擇。設(shè)定頻率用AI1給定、固定頻率50HZ、固定頻率30HZ、固定頻率15HZ的選定。還要滿足使用者對(duì)貨物堆放的定位要求。利用機(jī)械制動(dòng)和變頻器能耗制動(dòng)相結(jié)合來保證吊鉤在負(fù)載勢(shì)能時(shí)不往下滑。當(dāng)行車運(yùn)行到個(gè)極限位時(shí)能夠及時(shí)的停止運(yùn)行。到達(dá)終點(diǎn)極限時(shí)切斷變頻器應(yīng)許啟動(dòng)信號(hào)，使對(duì)應(yīng)的變頻器不能啟動(dòng)。變頻器速度給定的選定X21X21VREF給定值電壓10VDCGND電阻地AI1速度給定值利用變頻器參數(shù)組12CONSTANTSPEEDS設(shè)定。給定AI1、恒速1、恒速2、恒速3的頻率。通過PLC輸入點(diǎn)、、、來控制。每個(gè)選中信號(hào)用、、、來對(duì)應(yīng)指示。給定的選擇如圖所示。DI5DI6輸出00通過AI1設(shè)定速度10恒速101恒速211恒速32AI1的給定連線說明。AI1給定的可變電阻選擇10千歐，可變電阻兩個(gè)阻值固定的分別接VREF和GND給定電壓10V,可變腳接AI1+。3吊鉤的抱閘控制對(duì)于勢(shì)能類負(fù)載，沒有機(jī)械制動(dòng)器是絕對(duì)不行的，在電機(jī)突然斷電或中途啟動(dòng)時(shí)，必須靠機(jī)械制動(dòng)來控制負(fù)載的下落轉(zhuǎn)動(dòng)。為了克服前面提到的問題，制動(dòng)器必須在電機(jī)建立了一定的轉(zhuǎn)矩、電流和轉(zhuǎn)速后才能松開，在之前的控制系統(tǒng)中，電機(jī)得電則制動(dòng)器立即松開，電機(jī)失電則立即制動(dòng)，制動(dòng)器的動(dòng)作快于電機(jī)轉(zhuǎn)矩的建立，在這種情況下，行車抖動(dòng)是必然的，更甚者會(huì)發(fā)生“溜車”事故。ACS800變頻器有專用的制動(dòng)器編程控制功能，可以通過編程對(duì)制動(dòng)邏輯進(jìn)行設(shè)置，例如：可以通過變頻器的“42BRAKECONTROL”參數(shù)對(duì)制動(dòng)器松開電流、制動(dòng)器松開頻率、制動(dòng)器松開/閉合時(shí)間、制動(dòng)器釋放轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行隨心所欲的修改。該參數(shù)共有10個(gè)用戶編程細(xì)目，以保證制動(dòng)器的可靠動(dòng)作。在實(shí)際調(diào)試中，我們把釋放電流確定為電機(jī)額定電流的90%，釋放頻率為0Hz，釋放轉(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)矩。當(dāng)動(dòng)作條件滿足時(shí)，變頻器的可編程輸出繼電器RO1動(dòng)作，使制動(dòng)器制動(dòng)或釋放。除此之外，制動(dòng)器還可以接受外部接點(diǎn)的控制，外部接點(diǎn)是供用戶增加功能時(shí)自行設(shè)計(jì)用的,在本例中，我們把緊急制動(dòng)、系統(tǒng)斷電等都作為外部接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)上述任一故障時(shí)，PLC就會(huì)使外部接點(diǎn)斷開，使制動(dòng)器迅速制動(dòng)。本工程中的機(jī)械制動(dòng)器采用了電磁式抱閘，這種制動(dòng)器制具有較大制動(dòng)力，動(dòng)作迅速。制動(dòng)器接線如圖所示。RO1RO1RO1RO1電源RMIO板X25緊急制動(dòng)M電機(jī)電磁抱閘4指示控制在啟動(dòng)時(shí)，其指示燈長(zhǎng)亮，點(diǎn)動(dòng)時(shí)其指示燈以1S的間隔閃爍。用四個(gè)指示燈分別指示其速度的選擇。機(jī)械抱閘的制動(dòng)，在機(jī)械動(dòng)作后其指示燈亮，沒有動(dòng)作發(fā)出報(bào)警信號(hào)。四大、小車程序設(shè)計(jì)1大、小車的速度設(shè)定PLC程序運(yùn)算設(shè)定兩個(gè)速度等級(jí)。速度選擇0，設(shè)定頻率50HZ、速度選擇1，設(shè)定頻率25HZ。2在運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)不同的加速\減速斜坡時(shí)間使電機(jī)運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)。減小對(duì)機(jī)械部分沖擊。3對(duì)大、小車的定位不是很苛刻，使用小電流的直流抱閘。就可以讓其停止在指定位置。4大、小車的限位控制，其運(yùn)行到限位時(shí)電機(jī)停止運(yùn)行。到終端限位時(shí)把變頻器應(yīng)許啟動(dòng)的信號(hào)切斷。5運(yùn)行指示，在啟動(dòng)時(shí)，其指示燈長(zhǎng)亮，點(diǎn)動(dòng)時(shí)其指示燈以1S的間隔閃爍。輸入點(diǎn)的分配表緊停操作按鈕SB1主鉤變頻器合閘按鈕SB2副鉤變頻器合閘按鈕SB3I0.2大車變頻器合閘按鈕SB4I0.3小車變頻器合閘按鈕SB5I0.4電源指示XT1I0.5主鉤啟動(dòng)操作按鈕SB6I0.6主鉤停止按鈕SB7I0.7主鉤正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)SB8主鉤點(diǎn)動(dòng)按鈕SB9抱閘監(jiān)視速度選擇0級(jí)按鈕SB10速度選擇1級(jí)按鈕SB11速度選擇2級(jí)按鈕SB12速度選擇3級(jí)按鈕SB13主鉤上升限位ST1主鉤下降限位ST2副鉤啟動(dòng)按鈕SB14副鉤停止按鈕SB15副鉤正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)SB16副鉤點(diǎn)動(dòng)按鈕SB17抱閘監(jiān)視速度選擇0級(jí)按鈕SB18速度選擇1級(jí)按鈕SB19速度選擇2級(jí)按鈕SB20速度選擇3級(jí)按鈕SB21副鉤上升限位ST3副鉤下降限位ST4大車啟動(dòng)按鈕SB22大車停止按鈕SB23大車正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)SB24大車點(diǎn)動(dòng)按鈕SB25速度選擇0級(jí)按鈕SB26速度選擇1級(jí)按鈕SB27向右限位開關(guān)ST5向右終端限位開關(guān)ST6向左限位開關(guān)ST7向左終端限位開關(guān)ST8小車啟動(dòng)按鈕SB28小車停止按鈕SB29小車正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)SB30小車點(diǎn)動(dòng)按鈕SB31速度選擇0級(jí)按鈕SB32速度選擇1級(jí)按鈕SB33向前限位開關(guān)ST9向前終端限位開關(guān)ST10向后限位開關(guān)ST11向后終端限位開關(guān)ST12警鈴/警示燈輸出點(diǎn)分配表主鉤變頻器合閘副鉤變頻器合閘大車變頻器合閘小車變頻器合閘警鈴/警示燈主鉤啟動(dòng)/停止主鉤正/反轉(zhuǎn)選擇主鉤速度控制選擇主鉤速度控制選擇主鉤加/減速斜坡時(shí)間選擇主鉤直流抱閘啟動(dòng)信號(hào)副鉤啟動(dòng)/停止副鉤正/反轉(zhuǎn)選擇副鉤速度控制選擇副鉤速度控制選擇副鉤加/減速斜坡時(shí)間選擇副鉤直流抱閘啟動(dòng)信號(hào)大車啟動(dòng)/停止大車正/反轉(zhuǎn)選擇大車速度控制選擇大車速度控制選擇大車加/減速斜坡時(shí)間選擇大車直流抱閘啟動(dòng)信號(hào)小車啟動(dòng)/停止小車正/反轉(zhuǎn)選擇小車速度控制選擇小車速度控制選擇小車加/減速斜坡時(shí)間選擇小車直流抱閘啟動(dòng)信號(hào)電源指示主鉤變頻器合閘指示副鉤變頻器合閘指示大車變頻器合閘指示Q4.0小車變頻器合閘指示主鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示主鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示主鉤抱閘指示主鉤速度選擇0級(jí)指示主鉤速度選擇1級(jí)指示主鉤速度選擇2級(jí)指示主鉤速度選擇3級(jí)指示副鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示副鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示副鉤抱閘指示副鉤速度選擇0級(jí)指示副鉤速度選擇1級(jí)指示副鉤速度選擇2級(jí)指示副鉤速度選擇3級(jí)指示大車向右點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示大車向左點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示大車限位指示大車速度選擇0級(jí)指示大車速度選擇1級(jí)指示小車向前點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示小車向后點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示小車限位指示小車速度選擇0級(jí)指示小車速度選擇1級(jí)指示主鉤限位指示副鉤限位指示五、PLC程序主鉤變頻器合閘主鉤變頻器合閘I1.0主鉤上升/下降選擇信號(hào)主鉤加/減速斜坡選擇主鉤速度選擇輸出主鉤速度選擇輸出主鉤上升/下降運(yùn)行小車向后I2主鉤加/減速斜坡選擇主鉤速度選擇輸出主鉤速度選擇輸出主鉤上升/下降運(yùn)行小車向后I2.0副鉤變頻器合閘I2.3副鉤上升/下降選擇信號(hào)副鉤上升/下降運(yùn)行小車向后主鉤直流抱閘啟動(dòng)副鉤速度選擇輸出副鉤速度選擇輸出副鉤加/減速斜坡選擇副鉤直流抱閘啟動(dòng)大車變頻器合閘大車向右/向左選擇信號(hào)大車向右/向左運(yùn)行小車向后大車加/減速斜坡選擇大車速度選擇輸出0大車速度選擇輸出1大車加/減速斜坡選擇大車速度選擇輸出0大車速度選擇輸出1大車直流抱閘啟動(dòng)小車變頻器合閘小車向右/向左選擇信號(hào)小車向右/向左運(yùn)行小車向后小車速度選擇輸出0小車速度選擇輸出1小車直流抱閘啟動(dòng)小車加/減速斜坡選擇主鉤變頻器啟動(dòng)指示主鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示電源指示主鉤變頻器啟動(dòng)指示主鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示電源指示副鉤變頻器啟動(dòng)指示大車變頻器啟動(dòng)指示小車變頻器啟動(dòng)指示主鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示主鉤抱閘指示主鉤速度選擇0指示主鉤速度選擇1指示主鉤速度選擇2指示主鉤速度選擇3指示副鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示副鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示副鉤抱閘指示副鉤速度選擇0指示副鉤速度選擇1指示副鉤速度選擇2指示副鉤速度選擇3指示大車向右點(diǎn)動(dòng)/