2_200t桥式起重机电气控制系统的设计

收稿日期:2004-04-19 修订日期:2004-05-14

作者简介:朱镇达(1974-),男,浙江杭州人,工程师,研究方向:工业电气自动化。

2×200t 桥式起重机电气控制系统的设计

朱镇达

(杭州亿泰克电子有限公司,浙江杭州310012)

摘　要:介绍了2×200t 桥式起重机电气控制系统的设计,对系统中的变频器的选择、变频器与P LC 通信、同步纠偏、电动换档、制动器控制及安全保护等问题做了详细的说明,经实践运行表明,系统是可靠可行的。

关键词:电气控制;变频器;可编程控制器;Profibus 2DP 中图分类号:TH215;TP273 文献标识码:B 文章编号:1001-4551(2004)07-0025-04

The Design of E lectrical Control System for 2×200t Crane B ridge

ZH U Zhen 2da

(Hangzhou e 2TEK Electronics Co.Ltd ,Hangzhou 310012,China )

Abstract :This thesis introduces an electrical control system of bridge crane.S ome topics such as choosing frequency con 2verter ,P LC communication ,hoist synchronization ,brake control and protection are described in detail.The system has been used reliable since Dec.2003.

K ey w ords :electrical control ;frequency convertor ;P LC ;Profibus -DP

随着起重运输机械的不断发展,传统的控制技术难以满足起重机械越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天,起重机械与电子技术的结合也越来越密切。例如,采用P LC 取代旧式的继电器逻辑控制,交流变频调速装置取代传统的电机转子串电阻的调速方式等。本文介绍我公司为贵州引子渡电站设计的2×200t 主厂房桥式起重机

(以下简称桥机)的电气系统。

1　电气系统结构

贵州引子渡电站为我国西电东送的一号工程。其厂房桥机采用双小车结构,每台小车上布置一个起升机构,单钩最大载荷为200t 。在转子吊装时,采用双钩抬吊完成作业。每个起升机构设有电动换档减速器用于轻载高速时小件吊运作业。整机包括两个起升机构、两个小车机构和大车机构。

桥机电气系统主要由P LC 、工业触摸屏、变频器构成。触摸屏为本机的综合监测系统,通过MPI 总线与P LC 的CPU 通信并获得所需信息以完成运行

状态的图形显示、故障显示及报警等;P LC 为全机的控制核心,主要由CPU 、开关量输入/输出模块及通信模块构成,开关量模块用于现场信号、操作信号、反馈信号的采集并控制各接触器动作,通信模块用于变频器与P LC 通信,将变频器控制指令及速度指令通过Profibus 2DP 总线下载至变频器以驱动各机构的正常工作。系统结构如图1所示。

2　电气控制系统设计

2.1　变频器选择

桥机各机构均选用ABB 公司的ACS600系列变频器,起升机构选用ABB 公司提升机专用的ACC600系列变频器。采用ACC600变频器性能明

显优于通用型变频器。

(1)软件优化。核心控制程序针对位能性负载在速度控制、转矩控制、电气制动及机构工作安全性等方面做了特殊优化。

(2)故障监视。提供看门狗功能,能指示变频器、外部附件或现场总线通信长时故障而导致变频

器异常。

(3)转矩监测。检查电机在加速或减速时能否跟随速度给定,在正常运行和加、减速时是否产生过度的速度偏差。

(4)机械制动。当机构起升前,系统先产生一

定的转矩并确认转矩的产生,防止溜钩;抱闸前自动减速,以实现低速抱闸

。

图1　系统结构简图

2.2　变频器与P LC 通信

系统采用现场总线方式代替传统的采用模拟量

或开关量方式控制变频器。系统中,小车及起升变频器通过选件NP BA 212模块连接至Profibus 2DP 总线上。综合考虑数据传输的实时性及稳定性,系统选用PPO 23作为数据传输格式,波特率选择387.5K B/s 。采用总线结构后,系统进一步优化。

(1)布线简单。只需1根两芯的屏蔽双绞线,而采用别的方式至少要4根电缆,从而减少了维护工作。

(2)给定稳定。避免了模拟量给定因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起的抖动,因此系统速度给定更加可靠。

(3)速度连续。相对于采用开关量作为速度给定的系统,速度给定由离散量变成了连续量,使得变频器可以接受来自P LC 的速度微调指令,以实现抬吊作业两钩平衡。2.3　备用应急系统

当总线干缆或总线上某点出现损坏时,有可能使系统无法正常工作。因此,系统中设有一套备用的系统,以防止紧急情况下总线不能正常使用,但又

不能停止作业的工况。

变频器设置有两套控制方式,一套采用总线通信,用于正常作业;另一套采用开关量控制,用于应急作业。通过P LC 切换两套参数。两套参数在手柄档位的速度给定上完全一致,因此从使用角度感觉不出两套参数的切换。在开关量控制模式下,系统不支持双钩同步抬吊功能。2.4　同步与纠偏

本机在双钩抬吊作业时,系统进入自动纠偏模式,以保证双钩在抬吊时位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩,机械抱闸调整等不可能完全一致,因此系统不采用动态实时纠偏,而采用一种折衷方案,其工作原理为:

首先,系统在P LC 中设置两个阈值,阈值1用于启动双钩的自动纠偏,阈值2用于结束自动纠偏;其次,P LC 读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算成起升高度;再次,P LC 比较所读入的两个起升高度,当两个高度之差大于阈值1时,P LC 将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上,当两个高度之差小于阈值2时,取消该偏差量,通过惯性进一步减少起升高差;最后,P LC 将计算合成后的速度值能过Profibus 2DP 下载至变频器中,作

为起升机构的速度给定。同步纠偏的原理如图2所示,其中起升叠加有效是一个开关标志,用于决定速

度偏差量叠加在哪一个起升上

。

图2

　同步纠偏原理框图

2.5　电动换档

当电机吊重小于40t 时,可通过电动换档减速

器切换至高速档作业提高工作效率。

(1)换档电机由限位开关控制,除采用锥形转子电动机外,另增加1只制动器,确保在换档时快速制动,防止限位撞块过头而换档失败;

(2)当电机换档结束后,P LC 检测减速箱齿轮啮合情况,当减速箱齿轮啮合不到位时,自动点动起升机构使齿轮啮合到位。2.6　制动器的控制

通常起升机构采用延时继电器实现松闸,但延时时间难以确定,时间过长,导致电机长时堵转并在轻载时起动过猛;时间过短,可能会在重载时由于电机力矩不够而溜钩。

为此,选用的ACC600变频器支持预加力矩及转矩验证功能,系统将该点返回至P LC ,从而确保电机在松闸前一预加力矩。

所有机构的抱闸均采用ABB 变频器速度监控功能。制动时变频器先减速,并给出低速状态,当P LC 读到该状态时才抱闸,从而实现软制动,增加起制动的安全性,提高制动器的使用寿命,减小对工作机构的冲击。2.7

　P LC 程序设计

选用西门子公司的S72300系列P LC ,采用块式编程。

(1)高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码,二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;

(2)变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;

(3)变频器通信控制功能块。用于小车及起升

变频器起动、停止、速度给定及偏差修正控制,还用

于变频器的控制字与状态字的读取。

图3为大车行走机构P LC 控制流程图,起升及小车机构可参考编写。

图3　大车行走机构P LC 控制流程图

2.8　安全保护

(1)配电部分。除设有缺相、过流、短路等保护

外,还在桥机两侧端梁及平台处设置3只安全门开关,只有门开关均闭合时,才允许桥机运行。在桥机上还设有登机请求及应答按钮,用于桥机工作中其它工作人员的安全登机;

(2)变频器部分。选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护,起升及小车变频器当切换至总线控制方式时具

◇电工?电器?仪表◇

基于HP34970A数据采集仪的计算机测控系统设计

黄国辉1,赵文敏2

(1.杭州电子工业学院自动化分院,浙江杭州310018;2.杭州商学院计算机与信息工程学院,浙江杭州310035)

摘　要:介绍了基于HP34970A数据采集仪和G PI B总线构建的计算机测控系统,并以制冷空调综合实验系统为应用实例,从硬件结构和软件设计方面阐述了该系统的实现原理。此外,还就实时监控程序的设计进行了重点讨论。

关键词:数据采集仪;计算机;测控系统;G PI B;Delhpi

中图分类号:TP274 文献标识码:A文章编号:1001-4551(2004)07-0028-06

The Design of Computer Measurement and Control System

B ased on HP34970A Data Acquisition U nit

H UANG G uo2hui1,ZH AO Wen2min2

(1.Automation College,Hangzhou Insititute o f Electronics Engineering,Hangzhou310018,China;

2.Department o f Computer and Information Engineering,Hangzhou Institute o f Commerce,Hangzhou310035,China)

Abstract:A computer measurement and control system based on HP34970A data acquisition unit and G PI B interface bus is introduced in detail.The hardware structure and s oftware design of a sample on refrigeration and air conditioning complex experi2 mental system are present as well.And then,The design of real-time m onitor program is discussed emphatically.

K ey w ords:data acquisition unit;computer;measurement and control system;G PI B;delhpi

1　引　言

目前,以DCS、FCS、工业以太网为代表的计算机测控系统也日趋完善,许多国内外工控厂商均有相应的成熟产品。但是,这种产品对某些小型系统或有特殊用途的装置并不完全适合。实际上,在许多场合下,仍需要自主开发小型化、低成本或具有特殊功能的计算机测控系统。由于多功能DAQ板卡具有结构紧凑、使用方便、价格较低、品种较多等优点,因此受到人们的青睐,在许多计算机测控系统中得到应用。然而,DAQ板卡本身不带信号调理功能,对温度、应变、微电压等信号无法直接测量,需增加专门的调理模块,此外由于其精度、可靠性不高、无

收稿日期:2004-04-16 修订日期:2004-04-28

作者简介:黄国辉(1963-),男,浙江瑞安人,工程师,主要从事机电一体化和计算机测控技术研究和教学。

有通信故障监视功能;

(3)行程保护。各机构均设有行程限位保护。单动工况时,小车及起升限位开关各自独立;联动工况时,小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件,小车1前限位及小车2后限位做为小车限位,起升1及起升2只要有一个限位动作,则视为起升限位;

(4)其它保护。所有机构均有零位保护、过流保护。起升机构还有超载保护及超速保护。当超速开关动作时,断开变频器主接触器电源。3　结束语

在起重机投入运行期间,所有功能测试未有故障,系统工作稳定,运行可靠,同步精度符合要求,完全满足电站安装的所有要求。说明其电气控制系统设计是可靠可行的。

参考文献:

[1]　张质文,王金诺,等.起重机设计手册[M].北京:中国

铁道出版社,1998