軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)研究

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摘要:本文在簡(jiǎn)介軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)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(jī)上的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)健詞:軌道式門(mén)式起重機(jī)變頻調(diào)速PLC人機(jī)界面 

1軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)簡(jiǎn)介 本機(jī)用于水運(yùn)所試驗(yàn)基地堆場(chǎng)上的集裝箱裝卸作業(yè)試驗(yàn)，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(duì)稱(chēng)形式。橋架跨中可堆碼8列集裝箱，并留有1列拖掛車(chē)通道;兩側(cè)懸臂可通過(guò)2列拖掛車(chē)。集裝箱吊具可越過(guò)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(mǎn)載吊具升降速度:25 m/min 空載吊具升降速度:50 m/min 滿(mǎn)載吊鉤橫梁升降速度:16t m/min 小車(chē)速度:120 m/min 大車(chē)速度:25m/min 軌距:30m 基距:9m 裝機(jī)容量:380Kw  本機(jī)主要功能是: l)模擬岸邊集裝箱起重機(jī)、集裝箱門(mén)式起重機(jī)裝卸作業(yè)工藝，開(kāi)展單機(jī)性能試驗(yàn)及作業(yè)效率研究; 2)集裝箱機(jī)械的技術(shù)性能及參數(shù)的檢測(cè)試驗(yàn); 3)電氣驅(qū)動(dòng)和控制性能試驗(yàn)和檢測(cè) 4)集裝箱吊具作業(yè)技術(shù)及工作性能試驗(yàn) 5)集裝箱裝卸機(jī)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(jī)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(jī)，上位監(jiān)控軟件正記.6以及Digital公司的GP觸摸屏。整個(gè)系統(tǒng)分三個(gè)層次:執(zhí)行層、控制層、監(jiān)視層。 本機(jī)由司機(jī)室操作臺(tái)集中對(duì)起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、頂規(guī)器、集裝箱吊具伸縮、轉(zhuǎn)鎖、導(dǎo)板等進(jìn)行操作控制。根據(jù)作業(yè)工況的要求，起升機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)可以同時(shí)運(yùn)行。 2.1執(zhí)行層 執(zhí)行層:主要由變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)與控制。電氣馭動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖1所示。 起升機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)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(jī)能以150%額定轉(zhuǎn)矩輸出，50Hz以下實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50HZ以上實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。  起升機(jī)構(gòu)屬于位勢(shì)負(fù)荷，即負(fù)荷力矩的方向始終一致，因此驅(qū)動(dòng)器除提供滿(mǎn)足負(fù)荷上升和下降的方向運(yùn)行力矩外，在制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)，以及在整個(gè)減速停車(chē)過(guò)程中，都要提供足以維持負(fù)荷重量的力矩。在每一次起動(dòng)時(shí)(不論上升還是下降)，變頻器根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)檢測(cè)出所必須提供的力矩，提供出一個(gè)狀態(tài)化適當(dāng)?shù)碾娏鹘o電動(dòng)機(jī)，如果變頻器讀到 反饋的電流，則制動(dòng)器釋放、打開(kāi);如果變頻器讀不到反饋電流，則認(rèn)為力矩檢測(cè)失敗，并提供有關(guān)的信息顯示。 低速制動(dòng)是所有調(diào)速機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)。實(shí)際速度的反饋是通過(guò)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(dòng)器的動(dòng)作，在速度減至接近于零時(shí)，發(fā)出制動(dòng)指令，保證了機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)行及制動(dòng)過(guò)程中的平穩(wěn)，沒(méi)有任何沖擊負(fù)荷的效應(yīng)。 恒功率調(diào)速是起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行高效節(jié)能、廣泛應(yīng)用的控制方式，即在重載時(shí)，保持在電動(dòng)機(jī)基速以下的最大恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行;而在輕載或空載時(shí)，利用電動(dòng)機(jī)高速低轉(zhuǎn)矩輸出的特性，根據(jù)負(fù)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(jī)的使用效率。該起重機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是基速的兩倍，即頻率輸出為卜l0()I][z。負(fù)荷的檢測(cè)是根據(jù)提供電流的大小，通過(guò)數(shù)據(jù)通信由變頻器傳至PLC，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算比較得出向變頻器發(fā)出的速度給定指令。    大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用四臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率4xlIKW，轉(zhuǎn)速為970rpm，額定電流為104A，與起升機(jī)構(gòu)共用一臺(tái)變頻器，采用不帶速度反饋的矢量控制方式，即開(kāi)環(huán)矢量控制方式，其速度控制范圍為卜100，IHZ時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)150%。 小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用兩臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(shí)啟動(dòng)力矩可達(dá)150%。 吊具系統(tǒng)采用一臺(tái)吊具泵驅(qū)動(dòng)，主要?jiǎng)幼饔械蹙呱斐?、吊具縮回、旋鎖打開(kāi)、旋鎖閉合;吊具泵啟動(dòng)后，根據(jù)操作信號(hào)，開(kāi)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(guò)PLC程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)和運(yùn)行控制?？刂葡到y(tǒng)框圖見(jiàn)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(jì)數(shù)模塊、AO模塊、DlfDO模塊、遠(yuǎn)程模塊組成。按所處位置分為本地站、操作臺(tái)、大車(chē)箱、吊具箱、變頻器等五部分。 CPU模塊負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)本身的自動(dòng)管理、輸人采集、程序處理、輸出刷新。 Genius模塊通過(guò)屏蔽電纜與遠(yuǎn)程站的FieldControlUnit模塊相連完成G。五uS通訊，通訊波特率為153.6K萬(wàn)厄(各遠(yuǎn)程站中配有FieldContro1Unit模塊，負(fù)責(zé)所在遠(yuǎn)程站各模塊的地址配置幾信號(hào)定義、與主站的通訊)。 Profibus模塊通過(guò)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(xiàng)指令信息、狀態(tài)信息等，都可以通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。該起重機(jī)的每一臺(tái)變頻器上都配備有SLP卡，負(fù)責(zé)與PLC的通訊、變頻器站號(hào)通過(guò)sI一P卡上的兩個(gè)開(kāi)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(jì)數(shù)模塊與脈沖發(fā)生器相連，采集各電機(jī)的實(shí)時(shí)速度。