盾尾油脂泵系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)油脂從盾尾油脂泵系統(tǒng)到盾構(gòu)機(jī)挖掘機(jī)的傳遞，保障工作中氣隙的密封和泥漿的隔變頻控制技術(shù)對(duì)檢測(cè)元件(流量計(jì))、變頻器、油泵電動(dòng)機(jī)及PLC構(gòu)成閉環(huán)控制回路，運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)??NP-8NP-3NP-7開(kāi)關(guān)注油泵E油脂筒?進(jìn)油閥NP-5?A表1-1系統(tǒng)模擬圖參量序號(hào)內(nèi)容大小油泵運(yùn)轉(zhuǎn)送料機(jī)起動(dòng)停止注壓盾尾油脂注壓裝置油泵起動(dòng)油泵停止油溫高1.2盾尾油脂的工作原理量油脂輸送，保證對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。由檢測(cè)元件(流量計(jì))、變頻器、油泵電之間如圖1-2盾構(gòu)挖掘機(jī)系統(tǒng)圖。d槍圖1-2盾構(gòu)挖掘機(jī)系統(tǒng)圖1.3盾尾油脂泵的供電方式盾尾油脂泵系統(tǒng)采用高壓供電方式如圖1-3所示，變總壓總配盾尾V變壓中柜器泵圖1-3盾尾油脂泵供電方式2盾尾油脂泵主電路的設(shè)計(jì)一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)除了可靠的機(jī)械機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)也至關(guān)重要要。PLC控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。本文盾尾油脂泵主電路如圖2-1所示。Qb3362322圖2-1盾尾油脂泵主電路2.1電氣控制線路設(shè)計(jì)主電路中共有兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)M1和M2,分別提供1.5KW和7.1)電機(jī)M1功率為1KW采用直接起停方式實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)行。直接啟停不僅控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，也便于維護(hù)。在油泵電機(jī)M2串接一臺(tái)FR52.1.2控制電路設(shè)計(jì)2)送料電動(dòng)機(jī)和油泵電動(dòng)機(jī)的起停控制是由中間繼電器1K、2K控制1KM、2.1.3盾尾加密封油控制電路設(shè)計(jì)要求閥開(kāi)→注油泵縮(回到原位)如圖2-2。進(jìn)油閥開(kāi)出油閥開(kāi)圖2-2接近開(kāi)關(guān)工作流程2.1.4盾尾油脂的報(bào)警控制系統(tǒng)最終影響系統(tǒng)油脂的流動(dòng)，本文中對(duì)系統(tǒng)中將傳感器設(shè)定60℃,當(dāng)檢測(cè)到油脂2.2液壓系統(tǒng)的電氣控制經(jīng)過(guò)調(diào)速閥控制液體流量對(duì)液壓泵進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，并控制運(yùn)動(dòng)速度。2.2.1控制部件：電氣控制一般采用行程原則、時(shí)間原則及壓力控制方式，通過(guò)控制液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，滑臺(tái)的工作速度是通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流調(diào)速閥進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。電磁閥(YV):二位二通液壓電磁換向閥；YA:電磁線圈(直流)溢流閥(壓2.2.2動(dòng)力部件：7.5KW液壓泵及電動(dòng)機(jī)2.2.3執(zhí)行部件：液壓缸(活塞),液壓馬達(dá)2.2.4輔助裝置：油箱，油管，過(guò)濾器山5網(wǎng)5禹E圖2-3液壓滑動(dòng)臺(tái)2.3盾尾油脂泵中電氣組成部分根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為2.7Nm,額定功率分別為YH905-2(送料機(jī)1.5KW)和YH132S2-2(油泵電動(dòng)機(jī)7.5KW),YH系列電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能如表3-1。低壓電器主要有漏電斷路器、斷路器、整流變壓器、交流接觸器、熱繼電器、直流繼電器、防水按鈕組成，選型決定著控制系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性。除了低壓電器之外，在本系統(tǒng)中還運(yùn)用了傳感器型元件，主要有接近開(kāi)關(guān)、溫度傳感器。表3-1YH系列電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能型號(hào)額定功率(KW)轉(zhuǎn)速額定電效率最大轉(zhuǎn)2.4本章小結(jié)/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，控制主電路中共有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)的功率由機(jī)械設(shè)計(jì)給定),及液壓模塊。盾尾油脂隨著溫度的變化油脂運(yùn)動(dòng)粘度過(guò)調(diào)速閥控制液體流量對(duì)液壓泵進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，并控制運(yùn)動(dòng)速度。制箱體的電氣元件布局如圖4-1所示。下下導(dǎo)變頻器次圖3-1控制箱體的電氣元件布局3.2控制箱體設(shè)計(jì)技術(shù)要求(1)箱體尺寸：長(zhǎng)*高*深=700*450*220。(2)箱體顏色：白色。(4)門(mén)上掛鏈條，使門(mén)向下只能升到水平位置。3.3本章小結(jié)4變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)4.1變頻調(diào)速控制的原理廠PID油泵電動(dòng)機(jī)圖4-1油泵電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制4.2調(diào)節(jié)器的選擇使用的調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，此調(diào)節(jié)器是將實(shí)際輸出值y與設(shè)定值w進(jìn)行比較，我們得到控制偏差e=w-y,將控制偏差進(jìn)行PID處理構(gòu)成控制量，十后/s十kas十y圖4-2模擬PID控制的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換外部擴(kuò)展模塊。這兩個(gè)模塊都是12位分辨率的，F(xiàn)X2N-2DA具有兩通道的電流輸出(DC4～20mA),FX2N-2AD具有兩通道的電流輸入(DC4～20mA),數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖4-3所示。經(jīng)過(guò)初始化后，測(cè)量電流值輸入到PLC內(nèi)部相對(duì)應(yīng)的通道(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū))中。PLC接收到測(cè)量值后，可以根據(jù)通道(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū))中不同的值實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作?？赏ㄟ^(guò)以下計(jì)算，得出壓力與相對(duì)應(yīng)的數(shù)值的關(guān)系。流量傳感器的電流輸出范圍是4～20mA,對(duì)應(yīng)的測(cè)量壓力范圍是0～100kpa,對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出是0～4000。采樣后輸入通道內(nèi)和參考值的數(shù)字量的關(guān)系如下：是最小量程，4096是A/D模塊的分辨率。輸出的速與輸出通道內(nèi)的數(shù)字量?jī)烧唛g的關(guān)系如下：模擬值：0-20mAA/D4.4變頻器的選擇及使用1:120(0.5～60Hz),實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整功能。表4-1FR540變頻器技術(shù)參數(shù)表型號(hào)5527555適用電機(jī)容量(Kw)0000000出出輸額定容量(KVA)0000000額定電流(A)00000000000過(guò)載能力150.0%60.0s,200.0%0.50s(反時(shí)限特性)電壓3相，380VAC至480VAC50Hz/60Hz再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大值/時(shí)間100.0%轉(zhuǎn)矩5.0秒20.0%轉(zhuǎn)矩允許使用率連續(xù)電源額定輸入交流電壓頻率3相，380VAV至480VAV50Hz/60Hz交流電壓允許波動(dòng)范圍323至528VAV50Hz/60Hz頻率允許波動(dòng)范圍電源容量(KVA)000000000保護(hù)結(jié)構(gòu)封閉型(IP20)開(kāi)放型(IP00)冷卻方式自冷強(qiáng)制風(fēng)冷大約重量(kg)004.4.2FR540變頻器的連接如圖4-4所示，是FR450的電氣連接圖，R、S接線端是變頻器的工作電源 (220VAC),來(lái)自于變壓器TC。三相電源經(jīng)R、S、T分別提供給油泵電動(dòng)機(jī)的U、V、W。在變頻器應(yīng)用中不涉及報(bào)警輸出及和上位機(jī)的通訊，因此這些端子都不需要連接。在頻率設(shè)定信號(hào)端子中的5和4端子和PLC的FX2N-2DA輸出端相連接?？刂菩盘?hào)輸入端子中STF(正傳起動(dòng))和PLC的控制線相連，由于在此系統(tǒng)中不2電部晶體管公共端子憑律制系褲憑律制系褲樓率沒(méi)定信號(hào)擬)注1L的道扣L的道扣R5(公其榴》5(公其榴》uM輸出圖4-4FR540變頻器連接圖偏差量的出現(xiàn)變化的瞬間，不斷對(duì)偏差量作出實(shí)時(shí)反應(yīng)(即P調(diào)節(jié)作用),可以別是PLC的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換外部擴(kuò)展模塊。盾尾油脂泵系統(tǒng)中所采用的是5盾尾油脂泵的PLC控制設(shè)計(jì)盾尾油脂泵系統(tǒng)的電氣控制信號(hào)有注油泵的主令開(kāi)關(guān)發(fā)出、送料機(jī)及油泵，1LS-6LS六個(gè)接近開(kāi)關(guān)給出的外部輸入信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)中的流量計(jì)和溫度傳感器輸入至PLC的外部擴(kuò)展模擬量模塊輸入，PLC通過(guò)輸入接口接受這些外部現(xiàn)場(chǎng)信構(gòu)圖如圖5-1所示。CPU板現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入信號(hào)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)圖5-1PLC基本架構(gòu)5.2可編程控制器的選型及特點(diǎn)此款PLC具有40個(gè)I/0輸入輸出點(diǎn)數(shù)。FX2NCPU可擴(kuò)展多達(dá)128個(gè)I/0點(diǎn)，具有數(shù)據(jù)連接功能選項(xiàng)和能增加特殊模塊或擴(kuò)展通信制、特殊模塊等方面非常完美。0.55至0.7us/基本指令的處理時(shí)間，存儲(chǔ)器容可安裝小型的顯示器在PLC上，作為簡(jiǎn)單的顯示功能。5.3.1功能與操作如圖5-3所示，是進(jìn)行PID控制的PID運(yùn)算程序。X000達(dá)到條件后，該參數(shù)表占用二十五個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，程序中占用D100—D124。[D]中存放PID運(yùn)算后的結(jié)果(MV)。5.3.2PID參數(shù)表PID參數(shù)表占用[S3]指定的D100-D124的二十五個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。參數(shù)表中包括三部分，一部分是必須由用戶在PID運(yùn)算前寫(xiě)入的設(shè)定參數(shù)，一部分是存放運(yùn)算結(jié)果的，還有一部分作內(nèi)部運(yùn)算用。此外，建議采用斷電保持型數(shù)據(jù)寄存器，這樣PLC就可以在掉電后仍能保存5.4.1盾尾油脂泵系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)PLC主程序主要實(shí)現(xiàn)送料機(jī)的起停和油脂泵以及對(duì)PID指令初始化。主程序的設(shè)計(jì)具有保護(hù)功能，一旦檢測(cè)到油溫超過(guò)設(shè)定值PLC程序就立刻切斷電路從而5.4.2盾尾油脂泵系統(tǒng)液壓閥程序設(shè)計(jì)盾尾加密封油后，系統(tǒng)將進(jìn)入液壓閥程序，其啟動(dòng)條件如下：注油泵處于縮狀態(tài)(6LS+),出油閥處于關(guān)狀態(tài)(3LS+),進(jìn)油閥處于開(kāi)狀態(tài)(2LS+),送料機(jī)已處于運(yùn)行狀態(tài)。三個(gè)液壓閥的工作時(shí)序如下：關(guān)閉進(jìn)油閥→打開(kāi)出油閥→伸出注油泵→關(guān)閉出油閥→打開(kāi)進(jìn)油閥→縮進(jìn)注油泵(回原位)如圖5-4與5-5所示。加密封油PID運(yùn)算圖5-4主程序流程N(yùn)N出油閥關(guān)NYY圖5-5液壓閥時(shí)許表5-1盾尾油脂泵的輸入輸出地址分配輸出備注輸入備注油泵電機(jī)油泵開(kāi)啟送料機(jī)油泵關(guān)閉進(jìn)油閥開(kāi)送料機(jī)開(kāi)啟進(jìn)油閥關(guān)送料機(jī)/加密封油關(guān)閉出油閥開(kāi)加密封油開(kāi)啟出油閥關(guān)溫度傳感器T注油閥開(kāi)接近開(kāi)關(guān)1LS注油閥關(guān)接近開(kāi)關(guān)2LS送料機(jī)信號(hào)燈接近開(kāi)關(guān)3LS油泵信號(hào)燈接近開(kāi)關(guān)4LS油溫報(bào)警信號(hào)燈接近開(kāi)關(guān)5LS接近開(kāi)關(guān)6LS油泵開(kāi)啟油泵關(guān)閉送料機(jī)開(kāi)啟送料機(jī)/加密封油關(guān)閉加密封油開(kāi)啟油泵電機(jī)送料機(jī)進(jìn)油閥開(kāi)進(jìn)油閥關(guān)出油閥關(guān)注油閥開(kāi)注油閥關(guān)送料機(jī)信號(hào)燈油泵信號(hào)燈油溫報(bào)警信號(hào)燈TFX2N圖5-6盾尾油脂系統(tǒng)的輸入/輸590年翻王回