抓斗起重機智能控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 04:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的起重機則選用變頻電機。采用變頻器后不僅能滿足大、小機構(gòu)的制動和長期運行的要求，同時也能留有合理的余量。 抓斗起重機智能化控制研究的意義抓斗起重機采用PLC、變頻器、位置編碼器智能化控制后，可以用結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的鼠籠式電機取代繞線式電機，避免了因滑環(huán)、碳刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電機損壞或不能啟動的故障。交流接觸器的數(shù)量由原來的21個減少到5個，主電路實現(xiàn)了無觸點化，避免了因觸頭頻繁動作而燒損，以及由于觸頭而引起的電氣故障。系統(tǒng)運行效率高，節(jié)能[3]。機械特性硬，負載變化時，各檔速度基本不變。系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場情況，很方便地調(diào)整各檔速度和加速時間，使起重機操作更加靈活，反應(yīng)迅速。起升、開閉機構(gòu)采用智能化控制后，從開頭位置到開始抓煤至起升再到上限整個過程實現(xiàn)半自動化，動作柔和，無沖擊現(xiàn)象。無論是從機械角度還是從電氣角度來看，設(shè)備運行的安全性和可靠性都有大幅度的提高，減輕司機的勞動強度。由于變頻器驅(qū)動電動機，頻率和電壓都是按一定比例定速逐步升高或降低，因此電機起動沖擊電流小，電耗降低，轉(zhuǎn)速變化非常平穩(wěn)，操作人員非常舒適。變頻器自身保護功能齊全，過流、過壓、過載等能及時報警及停止，減少了設(shè)備故障，使用壽命長、定位精度高、運行平穩(wěn)。作為一種抓斗起重機的智能化控制技術(shù)，PLC控制技術(shù)具有技術(shù)設(shè)計上的先進性、技術(shù)實現(xiàn)上的可行性和工程應(yīng)用上的實用性，具有廣闊的前景。2 抓斗起重機智能控制的實現(xiàn) 抓斗起重機智能化控制的組成抓斗起重機智能化控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、變頻電機、絕對值編碼器、制動器、各限位開關(guān)及操作臺上的主令控制器、手動／自動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)、賦值按鈕和相應(yīng)的軟件等組成，電器組成如圖21所示。圖21 電器組成圖對于整個抓斗起重機的電氣控制系統(tǒng)，控制的可靠性要求比較高，控制任務(wù)比較繁重，而且要實現(xiàn)一定程度的智能化，以方便司機使用。為此，我們采取了以PLC為核心的控制系統(tǒng)，選擇SIEMENS的S7．300型PLC(CPU型號為CPU3142DP)來負責(zé)整個系統(tǒng)的控制。在該系統(tǒng)中，司機只要對控制臺上的操作手柄、按鈕、旋轉(zhuǎn)開關(guān)進行操作，就可完成相應(yīng)的動作請求和工作方式選擇。由此而產(chǎn)生的信號，經(jīng)過數(shù)字量輸入模塊進入PLC；反映各電路和設(shè)備狀態(tài)的信號由數(shù)字量輸入模塊進入PLC；測量起升、開閉鋼絲繩的位置的絕對值編碼器信號由位置測量模塊進入PLC。各 輸入信號通過 PLC 內(nèi)CPU 的處理，輸出到變頻器、制動器，完成對各機構(gòu)的控制，實現(xiàn)抓斗起重機的智能化控制[4]。 變頻調(diào)速的實現(xiàn)雖然變頻器調(diào)速完全可以通過外接電位器，通入模擬量來實現(xiàn)無極調(diào)整，但考慮到操作人員的操作習(xí)慣，也便于操作人員能夠迅速掌握，實際生產(chǎn)應(yīng)用中，新系統(tǒng)調(diào)速時的基本操作方法和原拖動系統(tǒng)的操作方法相同，因而采用主令控制器調(diào)速控制方式[5] [6]。本節(jié)首先介紹起升開閉、大小車主令控制器的原理，然后介紹變頻器順控調(diào)速方式。主令控制器實際上是一個手動繼電器組[7]，主要控制抓斗PLC的輸入指令，隨著這些輸入指令，PLC的輸出指令又控制著變頻器的輸出電源的相位和電源頻率的大小，最終達到控制電動機的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速變化。起重機的抓斗電動機主要是靠主令控制器控制上升和開閉。起升開閉主令控制器安裝在駕駛室內(nèi)右手聯(lián)動臺上，用右手控制2臺電動機（起升機構(gòu)1個、開閉機構(gòu)1個），控制機構(gòu)動作方向和控制手柄的關(guān)系是：右手主令控制手柄在偏右位置前—后動作時，僅控制抓斗的起升鋼絲繩放松（下降）—收緊（上升），4個檔位；右手主令控制手柄在偏左位置前—后動作時，僅控制抓斗的開閉鋼絲繩的放松（開斗）—收緊（閉斗），4個檔位；右手主令控制手柄在中間位置前后—動作時，手柄向前，同時控制抓斗的起升和開閉鋼絲繩的放松（抓斗下降），4個檔位；手柄向后，同時控制抓斗的起升和開閉鋼絲繩的收緊（抓斗上升），4個檔位?？刂苿幼魇疽鈭D如圖所示。主令控制器采用4—0—4控制方式，其速度分別設(shè)定為20%、40%、70%、100%的額定速度。圖22 起升開閉主令控制器起重機的大小車主令控制器安裝在駕駛室內(nèi)左手聯(lián)動臺上，用左手控制3臺電動機（大車運行機構(gòu)2個、小車運行1個），控制機構(gòu)的運行方向通常和控制手柄的運動方向一致；左手主令控制手柄在前—后動作時控制小車前—后運行，4個檔位。左手主令控制手柄左—右動作時控制大車左—右運行，4個檔位。主令控制器采用4—0—4方式，其速度設(shè)定為20%、40%、70%、100%的額定速度。如下圖所示圖23 大小車主令控制器起升、開閉機構(gòu)、大小車機構(gòu)主令控制器和接點作為輸入端接入PLC輸入點，然后輸出到變頻器，實現(xiàn)變頻預(yù)控調(diào)速方式。抓斗起重機4段速運行時的控制回路在變頻器端的接線圖如圖所示圖24段速運行時的控制回路端子接線圖在變頻器內(nèi)設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，多功能輸入端子SSSSS7可以實現(xiàn)4段速的調(diào)速方式[8]，如圖所示，圖中示出的是正轉(zhuǎn)時的情況，反轉(zhuǎn)時的情況可以類推。圖25 變頻順控調(diào)速時序圖、開閉機構(gòu)變頻調(diào)速原理說明起升和開閉機構(gòu)的控制原理基本相同，下面僅以起升機構(gòu)原理圖來說明。起升機構(gòu)的原理圖如圖26所示。系統(tǒng)采用日本安川的VS．616G5系列變頻器，使 用全矢量閉環(huán)控制方式。圖中1NV5為起升用變頻器，PG為脈沖編碼器，M為 起升變頻電動機，Yl為變頻電動機制動器，制動單元內(nèi)包括USI、US2制動單 元和RSl、RS2制動電阻器。變頻器內(nèi)的PG卡是變頻器的選用件，專用于帶脈 沖編碼器反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 圖26 起升變頻器接線圖電源電壓經(jīng)由斷路器QS1送入變頻器。原理圖中PLC為可編程序控制器，其輸入部分來自主令控制器、限位信號、保護信號以及變頻器輸出的反饋信號（零速信號、故障信號），從而進行邏輯運算和控制。PLC的輸出部分，一方面作為變頻器的輸入，使變頻器按主令控制器的速度要求工作，另一方面控制制動器正常工作。變頻器多功能輸出端子10和120的功能可通過變頻器內(nèi)部的H2參數(shù)設(shè)定。端子120接內(nèi)部繼電器常開接點，出廠已設(shè)定為變頻器過載報警信號輸出，可接至PLC輸入端，作為故障報警信號。端子10接內(nèi)部輸出繼電器常開接點，可通過參數(shù)設(shè)定H201=1設(shè)定為“零速”信號輸出端，“零速”值fmin 可以通過參數(shù)(b401)/(b402)設(shè)定一個合適的最小輸出頻率，起動時，如輸出頻率超過最小頻率，此時電機已產(chǎn)生了一定的轉(zhuǎn)矩，端子10輸出閉合，控制制動器接觸器KOS動作，使制動器抱閘打開，防止起升重載時，電機上升轉(zhuǎn)速太小，出現(xiàn)重物下滑的溜鉤現(xiàn)象；當(dāng)停車時，變頻器輸出頻率降至最小頻率fmin 時，端子10斷開，制動器抱閘閉合，實現(xiàn)“零速”（即低速）制動，使起重機實現(xiàn)快速平穩(wěn)停車。當(dāng)抓斗下降時，電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)，這部分能量由變頻器的逆變器轉(zhuǎn)入中間儲能環(huán)節(jié)，當(dāng)儲能電容二
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