軌道式集裝箱門式起重機電氣控制系統(tǒng)研究

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摘要:本文在簡介軌道式集裝箱門式起重機的基礎(chǔ)上著重介紹了其電氣控制系統(tǒng)的三層功能—執(zhí)行、拉制、監(jiān)視;并介紹了變頻調(diào)速應(yīng)用在起重機上的優(yōu)點。

關(guān)健詞:軌道式門式起重機變頻調(diào)速PLC人機界面 

1軌道式集裝箱門式起重機簡介 本機用于水運所試驗基地堆場上的集裝箱裝卸作業(yè)試驗，采用雙主梁、雙懸臂、帶斜拉桿的橋架結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)為整體雙對稱形式。橋架跨中可堆碼8列集裝箱，并留有1列拖掛車通道;兩側(cè)懸臂可通過2列拖掛車。集裝箱吊具可越過4層箱垛并堆裝第5層集裝箱(箱高9英尺6英寸)。主要技術(shù)參數(shù)如下: 起重量:30.5T(吊具下)，35T(吊鉤橫梁下); 滿載吊具升降速度:25 m/min 空載吊具升降速度:50 m/min 滿載吊鉤橫梁升降速度:16t m/min 小車速度:120 m/min 大車速度:25m/min 軌距:30m 基距:9m 裝機容量:380Kw  本機主要功能是: l)模擬岸邊集裝箱起重機、集裝箱門式起重機裝卸作業(yè)工藝，開展單機性能試驗及作業(yè)效率研究; 2)集裝箱機械的技術(shù)性能及參數(shù)的檢測試驗; 3)電氣驅(qū)動和控制性能試驗和檢測 4)集裝箱吊具作業(yè)技術(shù)及工作性能試驗 5)集裝箱裝卸機械操作人員操作技術(shù)的模擬培訓(xùn)。 2電氣系統(tǒng)原理與組成 本機電氣系統(tǒng)的主要組成部分有:安川變頻器(VS一616G5型)、通用電氣可編程控制器(GE一9030)、研祥工控機，上位監(jiān)控軟件正記.6以及Digital公司的GP觸摸屏。整個系統(tǒng)分三個層次:執(zhí)行層、控制層、監(jiān)視層。 本機由司機室操作臺集中對起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)、頂規(guī)器、集裝箱吊具伸縮、轉(zhuǎn)鎖、導(dǎo)板等進行操作控制。根據(jù)作業(yè)工況的要求，起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)可以同時運行。 2.1執(zhí)行層 執(zhí)行層:主要由變頻器實現(xiàn)對電機速度的調(diào)節(jié)與控制。電氣馭動系統(tǒng)框圖如圖1所示。 起升機構(gòu)采用一臺變頻電機驅(qū)動，電機功率為20()KW，轉(zhuǎn)速為980/1960rpm，額定電流為370A，起升變頻器選用616G5A4330，額定輸出電流為605A，帶PG一BZ卡，選用閉環(huán)矢量控制模式，速度控制范圍是l:10()0。系統(tǒng)具有足夠的調(diào)速硬度和良好的低能轉(zhuǎn)矩特性，在OHz電機能以150%額定轉(zhuǎn)矩輸出，50Hz以下實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50HZ以上實現(xiàn)恒功率調(diào)速。  起升機構(gòu)屬于位勢負荷，即負荷力矩的方向始終一致，因此驅(qū)動器除提供滿足負荷上升和下降的方向運行力矩外，在制動器打開時，以及在整個減速停車過程中，都要提供足以維持負荷重量的力矩。在每一次起動時(不論上升還是下降)，變頻器根據(jù)對電動機的自適應(yīng)檢測出所必須提供的力矩，提供出一個狀態(tài)化適當?shù)碾娏鹘o電動機，如果變頻器讀到 反饋的電流，則制動器釋放、打開;如果變頻器讀不到反饋電流，則認為力矩檢測失敗，并提供有關(guān)的信息顯示。 低速制動是所有調(diào)速機構(gòu)的共同特點。實際速度的反饋是通過旋轉(zhuǎn)編碼器將速度反饋至變頻器，變頻器將速度的轉(zhuǎn)換值用通信的形式傳遞至PLC，然后井制制動器的動作，在速度減至接近于零時，發(fā)出制動指令，保證了機構(gòu)在高速運行及制動過程中的平穩(wěn)，沒有任何沖擊負荷的效應(yīng)。 恒功率調(diào)速是起升機構(gòu)進行高效節(jié)能、廣泛應(yīng)用的控制方式，即在重載時，保持在電動機基速以下的最大恒轉(zhuǎn)矩運行;而在輕載或空載時，利用電動機高速低轉(zhuǎn)矩輸出的特性，根據(jù)負荷大小所應(yīng)提供的轉(zhuǎn)矩弱磁提高轉(zhuǎn)速，保持功率恒定，以提高起重機的使用效率。該起重機的最高轉(zhuǎn)速是基速的兩倍，即頻率輸出為卜l0()I][z。負荷的檢測是根據(jù)提供電流的大小，通過數(shù)據(jù)通信由變頻器傳至PLC，然后經(jīng)過計算比較得出向變頻器發(fā)出的速度給定指令。    大車運行機構(gòu)采用四臺變頻電機驅(qū)動，功率4xlIKW，轉(zhuǎn)速為970rpm，額定電流為104A，與起升機構(gòu)共用一臺變頻器，采用不帶速度反饋的矢量控制方式，即開環(huán)矢量控制方式，其速度控制范圍為卜100，IHZ時啟動轉(zhuǎn)矩達150%。 小車運行機構(gòu)采用兩臺變頻電機驅(qū)動，功率為Zx37KW，轉(zhuǎn)速為巧00rpm，額定電流為140A，變頻器選用616G5A4100，帶PG一BZ卡，選用閉環(huán)V/f控制方式。其速度控制范圍為1:100，l比時啟動力矩可達150%。 吊具系統(tǒng)采用一臺吊具泵驅(qū)動，主要動作有吊具伸出、吊具縮回、旋鎖打開、旋鎖閉合;吊具泵啟動后，根據(jù)操作信號，開閉相應(yīng)的電磁閥。 2.2控制層 控制層由PLC及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成，通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的安全保護和運行控制?？刂葡到y(tǒng)框圖見圖2。 PLC系統(tǒng)主要由電源模塊、CPU模塊、Geulus通訊模塊、ROfiBus通訊模塊、高速計數(shù)模塊、AO模塊、DlfDO模塊、遠程模塊組成。按所處位置分為本地站、操作臺、大車箱、吊具箱、變頻器等五部分。 CPU模塊負責PLC系統(tǒng)本身的自動管理、輸人采集、程序處理、輸出刷新。 Genius模塊通過屏蔽電纜與遠程站的FieldControlUnit模塊相連完成G。五uS通訊，通訊波特率為153.6K萬厄(各遠程站中配有FieldContro1Unit模塊，負責所在遠程站各模塊的地址配置幾信號定義、與主站的通訊)。 Profibus模塊通過屏蔽電纜與變頻器sI一P卡相連完成PLC與變頻器之間的通訊，變頻器的所有數(shù)據(jù)，包括各項指令信息、狀態(tài)信息等，都可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進行傳遞。該起重機的每一臺變頻器上都配備有SLP卡，負責與PLC的通訊、變頻器站號通過sI一P卡上的兩個開關(guān)設(shè)定。兩者的通訊需要安川變頻器的GSD文件引導(dǎo)，該文件的配置在PLC的硬件配置文件中設(shè)定。 高速計數(shù)模塊與脈沖發(fā)生器相連，采集各電機的實時速度。