PLC-變頻器在起重機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

　　起重行業(yè)采用PLC-變頻器調(diào)速在近幾年逐漸得到推廣和普及，尤其在大型起重設(shè)備上，用PLC程序控制取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制;用變頻調(diào)速取代繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;用變頻電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)取代繞線電機(jī)，再配合先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和人機(jī)界面系統(tǒng)，提高了設(shè)備控制精度和穩(wěn)定性，降低了故障率，且節(jié)能效果顯著，易于檢修維護(hù)，成為提高企業(yè)生產(chǎn)效率的好途徑。

　　控制方案

　　某重型機(jī)械制造大件分廠，承擔(dān)著所有大件設(shè)備裝配、定位、對(duì)接等任務(wù)，對(duì)起重機(jī)性能要求很高，所用一臺(tái)QD250/50t橋式起重機(jī)采用了siemens S7-400 PLC、ABB變頻器、觸摸屏等高性能配置，應(yīng)用了先進(jìn)的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、帶編碼器反饋的直接轉(zhuǎn)距控制方式、及先進(jìn)的人機(jī)界面系統(tǒng)。

　　橋式起重機(jī)分為主鉤、副鉤、大車、小車等四部分.因主起升機(jī)構(gòu)在起重機(jī)應(yīng)用上最為典型，控制也最為復(fù)雜，故本章以主起升為例詳細(xì)介紹其控制方式。

　　1、PLC

　　整個(gè)系統(tǒng)以S7-400 PLC作為電控核心，主要有電源模塊、CPU、輸入輸出模塊及接口模塊等組成。輸入模塊采集由限位開關(guān)、熱敏電阻、變頻器故障反饋等設(shè)備的信號(hào)狀態(tài);接收主令控制器、按鈕開關(guān)發(fā)出的控制指令，集中在CPU中進(jìn)行運(yùn)算，并將程序運(yùn)算結(jié)果通過輸出模塊和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給接觸器和變頻器等執(zhí)行設(shè)備，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、液壓抱閘、冷卻風(fēng)機(jī)等完成各種生產(chǎn)任務(wù)。

　　2、Profibus串行通訊現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)

　　Profibus是一種開放式串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各類自動(dòng)化元件之間互相交換。在本系統(tǒng)中以S7-400作為主站，以各機(jī)構(gòu)變頻器作為從站，通過DP接口模塊和RS485屏蔽雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)快速實(shí)時(shí)交換。

　　設(shè)置變頻器通訊參數(shù)：

　　98.02=fieldbus 激活通迅模塊

　　51.01= Profibus-DP 選擇現(xiàn)場(chǎng)總線類型

　　51.02=3 設(shè)置主升變頻器站地址

　　51.03=1500 選擇通迅?jìng)鬏斔俾蕿?.5Mbit/s

　　51.04=PPO4 選擇數(shù)據(jù)傳輸類型4(6個(gè)過程數(shù)據(jù)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊)

　　作為主站的PLC中央處理器從從站讀取各種輸入狀態(tài)信息，即從變頻器讀出主升狀態(tài)字和實(shí)際值，包括變頻器準(zhǔn)備好、上電應(yīng)答、運(yùn)行、轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證OK、變頻器故障、電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速等信息;并將各種輸出信息寫入從站，即將控制字和速度給定寫入變頻器。包括通訊檢測(cè)位、來自現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC系統(tǒng)的Drive on、來自上位系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)、故障復(fù)位信號(hào)及實(shí)際頻率給定等。使復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換、監(jiān)控、反饋過程全部通過Profibus鏈的數(shù)據(jù)傳輸、和CPU的快速集中處理輕松實(shí)現(xiàn)。

　　3、先進(jìn)的人機(jī)界面系統(tǒng)

　　TP270觸摸屏和PLC之間也采用Profibus總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與交換，實(shí)時(shí)地顯示和監(jiān)控各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)及電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、速度等運(yùn)行參數(shù)，并能利用自身故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行判斷，記錄故障時(shí)的各種參數(shù)，這樣，操作人員和檢修人員就可以全面及時(shí)地了解系統(tǒng)的狀態(tài)，并可按提示的故障信息去檢查和維修，達(dá)到準(zhǔn)確、快速排除故障的效果，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)智能化。

　　4、變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　1)起升工況及要求

　　起升機(jī)構(gòu)要求較大的調(diào)速比和較硬的機(jī)械特性，以適應(yīng)重物的精確吊裝要求;要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力，以適應(yīng)負(fù)載突變，保證重載二次起升的能力;必須解決好再生制動(dòng)狀態(tài)的能量回饋與處理，以縮短減速停車時(shí)間;必須解決好溜鉤問題。

　　2)變頻功能應(yīng)用

　　根據(jù)起升機(jī)構(gòu)特性和技術(shù)要求，變頻器采用帶測(cè)速反饋接口的800系列變頻器，配合ACC 7.2專用提升軟件，形成閉環(huán)直接轉(zhuǎn)矩控制，通過預(yù)勵(lì)磁功能和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定,使電機(jī)啟動(dòng)瞬間力矩最高可達(dá)300%,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的啟動(dòng)特性.內(nèi)置制動(dòng)斬波器，外接制動(dòng)電阻，使制動(dòng)過程中的產(chǎn)生的再生能量通過制動(dòng)電阻得到釋放，達(dá)到快速制動(dòng)的目的。使用機(jī)械制動(dòng)控制功能，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩釋放和制動(dòng)器緊密配合，更好地提高了設(shè)備的安全性，承受頻繁起動(dòng)沖擊的能力及可靠性也大為增加。