【導讀】本文分析了該起升機構的運行特點，介紹矢量控制變頻調速特性。比較其它控制系統(tǒng)后，本起升機構采用基于PLC的變頻調速控制系統(tǒng)控制籠式交流異步電動機。介紹了系統(tǒng)零部件，分析了系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)由西門子S7-300系列PLC構成現(xiàn)場控制站，PRO-FACE觸摸屏和控制面板構成操作總站，控制站與操作站及變頻系統(tǒng)組成PROFIBUS總線型網絡。系統(tǒng)具有可靠性高、設計靈活、維修升級方便等特點。實踐證明，在起升機構上應用各種新產品、新技術收到了很好的效果。起升機構對系統(tǒng)可靠性要求較高，因此其故障檢測、故障處理及保護回路比較復雜，以往采用電子線路和繼電器來實現(xiàn)故障信號的處理、顯示和保護，系統(tǒng)龐大，內容多且易出錯。所以，基于PLC變頻調速和現(xiàn)場總線的起升機構電氣控制系統(tǒng)是一種很理想的控制方式。但當重物的重力小于傳動機構的摩擦阻力時，重物仍須由電動機拖動下降，仍屬于阻力負載。

　　

【正文】 示器、標簽指示器、字符串指示器、圖形指示器、趨勢圖。（2） 數(shù)據傳輸功能：觸摸鍵、開關、傳輸數(shù)據文件、寫常數(shù)、遞增遞減、數(shù)據設定、鍵盤。初始畫面（3） 監(jiān)控功能：能夠監(jiān)控和更改PLC每個元件的ON/OFF狀態(tài)，每個定時器、計數(shù)器的當前值和設定值、數(shù)據寄存器的數(shù)據。故障報警工作狀態(tài)狀態(tài)顯示歷史故障數(shù)據運行操作系統(tǒng)菜單運行系統(tǒng)參數(shù)設置及修改參數(shù)設置（4） 內置實時時鐘可以設置和顯示當前時間，可以作為PLC與PC之間的編程接口（RS232）在計算機上通過它的支持軟件NTGT10設計出它的各個控制及說明畫面，再下載到觸摸屏，其軟件框圖如右所示:其中“初始畫面”顯示本控制系統(tǒng)的名稱，“參數(shù)設置”包括松閘、起 動等時間參數(shù)的設置，在每一個參數(shù) 圖15 觸摸屏軟件設計框圖設置畫面都有輸入觸摸或鍵盤，用戶可直接輸入數(shù)據。這些數(shù)據被放入其數(shù)據表中，通過通信網絡送入PLC的數(shù)據寄存器中，PLC 程序運行時就會調用這些參數(shù)，特別地為保證系統(tǒng)參數(shù)的安全進入“參數(shù)設置”項必須輸入密碼。“運行”包括運行操作和運行狀態(tài)顯示，運行中所有的操作都通過觸摸屏完成。并顯示每一階段的工作狀態(tài)、時間和循環(huán)次數(shù)等。其中設置了“故障報警”，當其中一點出故障時立即轉入報警畫面顯示故障內容，并可儲存多達256條的歷史記錄，可通過查詢“歷史故障數(shù)據”塊，將顯示最近發(fā)生過的故障內容畫面。 本起升機構系統(tǒng)中，觸摸屏用的是PROFACE GP37W2BG4124V，觸摸屏的界面如面五副圖所示： 圖16 圖17 圖18 圖19 圖20三． 變頻器前面已經分析了用變頻器的原理，本系統(tǒng)中變頻器采用安川變頻器CIMRG7A4011 11KW 附加SIP卡（用于通過Profibus現(xiàn)場總線與其它器件通信），PGB2卡和制動電阻。PGB2數(shù)模轉換卡發(fā)送反饋信息為PLC構成閉環(huán)控制以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1．本系統(tǒng)變頻器的接線圖見附錄，經計算和查詢本系統(tǒng)的有關參數(shù)如下表示：計算項目計算結果計算項目計算結果額定起重量1000kg吊具及鋼絲繩質量100kg電動機額定功率7．5KW電動機額定轉矩97N*M電動機額定轉速730r/min電動機的機械慣量0．1775kg*m*m減速器等總的機械慣量0．2041kg*m*m電機的加速時間5s電機的減速時間5s系統(tǒng)機械效率0．93機構轉動部分總加速轉矩147．91N*M電動機的最大轉矩252．2N*M提升所需的最大轉矩236．51N*M減速傳動比23．34。本系統(tǒng)的驗算結果符合起升機構的一般設計規(guī)律，說明變頻器和電動機的選擇可行。2．變頻器調速在本系統(tǒng)中的特點：（1） 與直流傳動方案相比，可以不用選用復雜、價格昂貴、維修麻煩的直流電動機，而采用方便、節(jié)能、經濟的交流電動機。（2） 變頻系統(tǒng)與常規(guī)電氣控制方案相比省去了電動機轉子側的大功率電阻、加速接觸器和電動機正反轉交流接觸器。（3） 電機的加速時間可以調整，或實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動，軟停止，速度變化平滑，運行平穩(wěn)，低速性能穩(wěn)定。（4） 能滿足起升機構對調速硬度、低頻轉矩特性的要求，可以長時期低速運行能有效防止重載空中溜鉤現(xiàn)象。（5） 采用矢量控制閉環(huán)方式：即使在OHZ時起升機構也能以額定轉矩輸出，實現(xiàn)零速抱閘，全速受控，減少抱閘閉合時的振動及抱閘磨損。（6） 無需采用機械變速裝置，利用變頻調速50HZ以上恒功率，50HZ以下恒轉矩的調速方式即可將空鉤及輕載工況的起升速度提高一倍類似于直流電機的弱磁升降方式，可大大提高生產率。（7） 起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升可能產生危險，所以用制動電阻來消耗這部分再生能量。（8） 變頻器可以在啟動之前和停止時，自動進行強直流勵磁。使電動機有足夠大的轉矩（可達到額定轉矩的200%），維持重物在空中的停止狀態(tài)，以保證電磁制動器在空中不會溜鉤。四． 系統(tǒng)現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP1． 現(xiàn)場總線簡介 現(xiàn)場總線是安裝在生產過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式，多點、雙向通信的數(shù)據總線，其中“生產過程”包括斷續(xù)生產過程和連續(xù)生產過程兩類。Profibus現(xiàn)場總線是用于一定數(shù)目的區(qū)域和單元級設備聯(lián)網的國際標準，主要用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備數(shù)據通信與控制，可實現(xiàn)設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網絡，為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案，它用于控制器與傳動裝置之間的通信，并用于設備級的高速數(shù)據傳遞，中央控制器通過高速串行線用分散的現(xiàn)場設備（如I/O、驅動器、閥門等）進行通信。Profibus通過DP（分散設備）協(xié)議可以與智能型現(xiàn)場設備通信，這種通信類型具有快速、周期性傳遞數(shù)據等特點。ProfibusDP的RS485接口根據電壓進行工作，因此，其抗干擾性要比電壓和電流接口強，各種PROFIBUS站通過總線端子或總線連接器插頭連接到總線上，每一段最多可以連接32個站，各個段通過中繼器相鏈接，極限段長由速率決定，速率越快，段長越短，最長的段長為10km,這種段長和傳遞速率完全可以滿足起升機構的要求。為了保證各個節(jié)點控制器和PLC之間進行通信，配合PROFIBUS通信網絡，采用令牌傳遞方式，在這種傳遞方式中，通過網絡中的令牌信號來確定發(fā)送的權利。擁有令牌的站具有發(fā)送的權利，但每個站擁有令牌的時間不能比預先約定的時間長，令牌是因定的位模式。2．用PROFIBUSDP實現(xiàn)PLC與變頻器的通信基于以下幾點：（1） profibusDP的數(shù)據傳輸速度最快可達12Mbps,適合系統(tǒng)對速度的要求。（2） profibus方案已被廣泛采用，企業(yè)的管理人員和技術人員對該總線的調試及維護有一定的了解。故調試和維護該系統(tǒng)方便。（3） 在電氣的傳動領域，不管是交流的傳動裝置還是直流的傳動裝置，大多數(shù)都支持profibus通信，很多廠家的產品都支持它，有的只需要安裝一個SIP卡，采用它可以方便系統(tǒng)以后的升級和擴充。3． 本系統(tǒng)中 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線的特性：（1） 用RS485雙絞線，雙線電纜或光纜傳輸，.（2） 各主站間令牌傳遞，主站和次站間為主—次傳遞，并支持單主或多主系統(tǒng)，總線上最多站點（主從設備）為126個。（3） 通信為點對點（用戶數(shù)據傳送）或廣播（控制指令）方式，循環(huán)主從用戶數(shù)據傳遞和非循環(huán)主主數(shù)據傳遞。（4） 運行模式有運行、清除、停止。（5） 控制指令允許輸入和輸出同步，同步模式時輸出同步；鎖定模式時，輸入同步。（6） DP主站和DP從站間執(zhí)行循環(huán)用戶數(shù)據傳送，各DP從站可動態(tài)激活，并可檢查組態(tài)經過擴展的profibusDP診斷能對故障進行快速定位診斷信息在總線上傳輸并由主站采集，診斷信息分三級：本站診斷操作、模塊診斷操作、通道診斷操作。（7） 所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行，DP從站帶看門狗定時器，對DP從站的輸入/輸出進行存取保護，DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據傳送監(jiān)視。（8） 第一類DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC或PC等，第二類DP主站（DPM2）是可進行編程、組態(tài)、診斷的設備，DP從站是帶二進制數(shù)或模擬量輸入輸出的驅動閥門等。五． 其它零部件 除上面介紹的系統(tǒng)的主要部件外，本系統(tǒng)還用到以下部件：部件名稱數(shù)量部件作用功能簡要說明絕對值編碼器110位2進制輸出測量重物高度增量式編碼器1用于電動機轉速向變頻器反饋超高限位1從硬件上控制非常超高壓重式重量傳感器1測起升、加速轉矩反映機構載重變送器4—20mA1將傳感器重量信號轉換為電流信號緊停按鈕2緊急情況下停止按鈕控制變壓器1提供控制電路設備的交流電壓起升手柄（5檔前后方向）1控制5檔速度和前后方向配重塊框架1作為實驗室做實驗的標準重量空氣開關4電源控制開關、有過流切斷保護作用接觸器2通過電磁轉換控制負載電源的合斷熱繼電器1電動機過載保護凸輪限位1產生起升高度的位置信號開關電源1提供直流電源24伏給控制電路繼電器21用電磁轉換把信號擴展到其它線路消音按鈕1聲音報警后消音蜂鳴器1報警控制分按鈕1切斷控制系統(tǒng)控制合按鈕1打開控制系統(tǒng)結束語由PLC控制的變頻器調速系統(tǒng)的拖動系統(tǒng)運用于本校實驗室的起升機構上很好地滿足了我們的要求，各方面性能突出，再輔以觸摸屏和現(xiàn)場總線技術使得該起升機構運行安全可靠，操作簡單，維護方便，安裝和布線簡潔，擴展容易，既節(jié)約了能源又運行平穩(wěn)是設計起升機構的一種很理想的選擇模式。在大型系統(tǒng)中受環(huán)境影響，PLC相對于PC和工控機，PLC體現(xiàn)出了其高可靠性的優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。在應用上，PLC還正從以工業(yè)為主開始迅速地向各行各業(yè)擴展，農業(yè)、商業(yè)、環(huán)保和智能建筑等方面的市場已日益開闊在新產品的設計上以S7300為代表的模塊化的PLC能使PLC系統(tǒng)的成本降低，可靠性提高，已逐漸普及。從結構，系統(tǒng)到網絡都朝開方式發(fā)展使各個廠家的產品都能兼容和互換，具有容錯和堅韌性能的高可靠性機型和系統(tǒng)開始得到用戶的重視，它將使人類的自動化進入更高的境地。這次畢業(yè)論文是我鞏固所學知識，把理論用于實際的一次嘗試，其中遇到很多問題，通過實際系統(tǒng)組建和有關資料的閱讀，發(fā)現(xiàn)問題。在問題的解決上得到了上海港機廠陳然等老師的指導和耐心講解，在此表示衷心的感謝！還要特別謝謝我的導師李老師。在與他的每一次碰面時他都教了我很多新的東西，解答我許多疑問。讓我漸漸熟悉該起升機構系統(tǒng)，為以后從事這方面的工作打下了基礎。參考文獻：（1） 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