【正文】 41 第五 章 結(jié)束語(yǔ) 本 論 文主要為橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套 將可編程序控制 器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng) ，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。 (7)一般要將 PLC 裝于專門的電柜中，且 PLC四周留有 50mm以上的凈空間，保證良好的通風(fēng)環(huán)境。 (5) PLC電柜應(yīng)有獨(dú)立的接地線，接地電阻小于 10歐姆。低電平信號(hào) 線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。 (4)為避免干擾，同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。 40 (2)必要時(shí)需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號(hào)電纜，并注意一端接地。 抗干擾的主要措施有 。 系統(tǒng)抗干擾措施 可編程控制器的主要應(yīng)用場(chǎng)合是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境中各種干擾對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常 運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響。上述兩個(gè)措施可有效的防止誤報(bào)警。 (2)在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，逐步開啟報(bào)警 。 所以在 PLC程序中始終對(duì)相應(yīng)的傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行掃描，一旦有諸于變頻器故障，超重等故障，應(yīng)馬上切斷該設(shè)備，并啟動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行報(bào)警。 采用上述方法，我們可以很好地控制網(wǎng)帶的速度并查詢變頻器的 狀態(tài)，把診斷信息反饋給 PLC. （三） PID控制模塊 橋式起重機(jī)主副起升機(jī)構(gòu)速度的控制，是一現(xiàn)很重要的技術(shù)指標(biāo)，本系統(tǒng)由通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)得電機(jī)速度，由數(shù)模轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳遞給變頻器，與設(shè)定速度進(jìn)行比較，采用常規(guī)的 PID 算法在控制效果上就能夠達(dá)到較為理想的結(jié)果，所以，本系統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)控制方案為常規(guī)的數(shù)字 PID 算法并結(jié)合 PLC 中的PID控制模塊來(lái)控制。 36 (3)通過(guò)調(diào)用 DRV_ CTRL 指令來(lái)控制指定的變頻器，如啟停，控制方向，設(shè)定速度，查詢變頻器返回的狀態(tài)字等。標(biāo)志為激活的任何變頻器都自動(dòng)地在后臺(tái)進(jìn)行輪詢控制，匯集狀態(tài)，并防止變頻器的串行鏈路超時(shí)。這取決于連續(xù)的變頻器數(shù)目，波特率，以及 CPU的掃描時(shí)間。 STEP 7Micro/Win32軟件工具包提供了 LISS 通信協(xié)議，從減少軟件的工作量和提高可靠性出發(fā)，我們采用 LISS協(xié)議來(lái)完成 PLC與變頻器的通信。 其中按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟?？刂?。除此之外，另一個(gè)任務(wù)就是接受上位機(jī)的控制命令，以進(jìn)行自動(dòng)采樣。該工具軟件包為 S7200CPU 與其它系統(tǒng)部件 (如觸摸屏、變頻器 )的使用提供了便利。 STEP 7micro/win32軟件還附帶一些控制程序模塊，如 PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以33 從主控制程序中直接調(diào)用，以便實(shí)現(xiàn)不同的功能。 表 系統(tǒng)變量表 Symbol control Address Datatype Initialvalue ment DCPI PLC_1 VW14 WORD 0 驅(qū)動(dòng)大車頻率設(shè)置 DCYOU PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)大車右行輸出點(diǎn) DCZHUO PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)大車左行輸出點(diǎn) DCBPBJ PLC_1 BOOL 0 大車變頻器故障信號(hào) DCGZBJ PLC_1 BOOL 0 大車故障信號(hào) DCTI PLC_1 BOOL 0 閉合大車電機(jī)的繼電器 DCSX PLC_1 VW12 WORD 0 大車電機(jī)速度輸出值 FGPI PLC_1 VWO WORD 0 驅(qū)動(dòng)副鉤電機(jī)頻率設(shè)置 FGSS PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)副鉤上升輸出點(diǎn) FGSX PLC_1 VW2 WORD 0 副鉤電機(jī)速度輸出值 FGTI PLC_1 BOOL 0 閉合副鉤電機(jī)的繼電器 32 FGXJ PLC_1 Q205 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)副鉤電機(jī)下降輸出點(diǎn) FGBPBJ PLC_1 BOOL 0 副鉤變頻器故障信號(hào) FGCZBJ PLC_1 BOOL 0 副鉤超重報(bào)警信號(hào) FGGZBJ PLC_1 BOOL 0 副鉤故障信號(hào) XCHOU PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)小車后行輸出點(diǎn) XCPI PLC_1 VW4 WORD 0 驅(qū)動(dòng)小車頻率設(shè)置 XCQI PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)前行輸出點(diǎn) XCSX PLC_1 VW6 WORD 0 驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)速度輸出值 XCTI PLC_1 BOOL 0 閉合小車電機(jī)的繼電器 XCBPBJ PLC_1 BOOL 0 小車變頻器故障信號(hào) XCGZBJ PLC_1 BOOL 0 小車故障信號(hào) ZGPI PLC_1 VW8 WORD 0 驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)頻率設(shè)置 ZGSS PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)上升輸出點(diǎn) ZGSX PLC_1 VW10 WORD 0 驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)速度輸出值 ZGTI PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)繼電器閉合 ZGXJ PLC_1 BOOL 0 驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)下降輸出點(diǎn) ZGBPBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤變頻器故障信號(hào) ZGCZBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤超重報(bào)警信號(hào) ZGGZBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤故障報(bào)警信號(hào) PLC 程序設(shè)計(jì) PLC 編程軟件概述 S7200的編程語(yǔ)言是 STEP 7micro/win32，它是用于 S7200系列 PLC進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工 EC11313 的基礎(chǔ)上建立的，可以用LAD, FBD和 STL來(lái)編程。它是通信的關(guān)鍵。變量有兩種類型 :全局變量和局部變量。 上位機(jī)和 PLC之間的通信 如下： 硬件 :上位計(jì)算機(jī) (PC)通過(guò) CP5611 卡與可編程控制器 (PLC)的串行通信接口連接，對(duì) PLC進(jìn)行集中監(jiān)視和管理。 S7200向人機(jī)界面產(chǎn)品提供全局?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率位 。協(xié)議支持的波特率為 9600KB/s 到12MB/s。這些設(shè)備包括從簡(jiǎn)單的輸入或輸出模塊到電機(jī)控制器和可編程控制器。 Profibus協(xié)議通常用于實(shí)現(xiàn)分布式 I/0 設(shè)備 (遠(yuǎn)程式 I/0)的高速通信。在MPI 網(wǎng)中， S7200 作為從站，從站之間不能通信， S7300/400 作為主站，當(dāng)然主站也可以是編程器或 HMI產(chǎn)品。應(yīng)用 MPI 協(xié)議組成的網(wǎng)絡(luò)，通信支持的波特率為 。 PPI 是一個(gè)主 /從協(xié)議，在這個(gè)協(xié)議中， S7200 一般作為從站，自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng)主站，如西門子編程器、 TD200 等 HMI，給從站才進(jìn)行響應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò) PC/PPI電纜或兩芯屏蔽雙 絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 PPI 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個(gè)通信協(xié)議。根據(jù)所使用的 S7200CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個(gè)或多個(gè)協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專用協(xié)議。 控制系統(tǒng)的 1/O 點(diǎn)及地址分配 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，名稱、代碼及地址編號(hào)如表 。 (3)保護(hù)功能 :主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車電機(jī)的保護(hù)等。 26 起重機(jī) 變頻調(diào)速 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控 制的要求 對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求 (1)主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié) 。 電阻值的計(jì)算 ? ?nTT UR MR cBO 2?? 25 式中 cU 一直流回路電壓， V RT 一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， MT 一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 (在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的 20%左右 )， n 一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 (在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ),r/min 在制動(dòng)晶體管和制動(dòng)電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流 Ic 的限制，因此在選擇制動(dòng)電阻值時(shí)不可小于其最小制動(dòng)電阻值 Rmin，即 cc IUR /min ? (Ω ) 式中 cU 一直流回路電壓 ， V cI 一制動(dòng)晶體管允許的最大電流， A 因此，制動(dòng)電阻應(yīng) BR 按 BOR BR minR 的關(guān)系選用。在能量消耗的同時(shí)加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動(dòng)時(shí)間愈小 ，此裝置即為變頻器的制動(dòng)單元。常在其直流電路中加接一檢測(cè)直流電壓的晶體管。同時(shí)，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕載時(shí)改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。 接觸器 接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時(shí)起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無(wú)須按開斷次數(shù)考核其壽命。 常用輔件的選擇 變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元組成。 SIMATIC S7200 系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面 (HMI)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC網(wǎng)絡(luò)。如表 ： 23 表 變頻器參數(shù)設(shè)置 參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說(shuō)明 P002 6 加減時(shí)間秒 P003 6 減速時(shí)間秒 P005 5 1檔速度 P006 3 附加數(shù)字給定 P007 0 開關(guān)量輸入控制 P051 6 固定頻率 5開關(guān) P052 6 固定頻率 4開關(guān) P053 6 固定頻率 3開關(guān) P054 10 故障復(fù)位 P055 1 運(yùn)行右轉(zhuǎn) P0356 2 運(yùn)行左轉(zhuǎn) P046 5 固定頻率 5 P044 15 固定頻率 4 P043 25 固定頻率 3 P061 6 故障 P062 4 外部制動(dòng)控制 P077 0 V/f特性 (大車多電機(jī) ) P077 1 FCC特性 (小車單電機(jī) ) PLC 的選 用 目前 PLC使用性能較好的有 SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國(guó)的 AB公司。故最終尚需驗(yàn)證電機(jī)和變頻器額定電流，即 MCN II ? 電壓型變頻器可以一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時(shí)過(guò)載能力為 150%、 60%時(shí)，如電機(jī)加速時(shí)間在 300s 內(nèi)有小于 60s的加速時(shí)間，則 ? ?? ? ? ??????? ?????? 111c sTsCNssTMCN KnnPKnnKPP ?? 并要求 ? ? 2 ??????? ??? sTsMTCN KnnInI 22 式中 MP — 負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出功率 Tn — 并聯(lián)電機(jī)的臺(tái)數(shù) sn — 同時(shí)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù) ? — 電機(jī)效率， ? = sK — 電動(dòng)啟動(dòng)電流與電機(jī)額定電流之比值 k — 電流 波形的修正系數(shù)， PWM方式取 CNP — 變頻器容量， KVA CNI — 變頻器額定電流， A 、電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng) 選擇 根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特性和技術(shù)要求，采用帶測(cè)速反饋接口的MASTERDRIVE6SE70 系列變頻器作為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)， MASTERDRI Vector 6SE440系列變頻器作為大、小行車行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 6SE440 系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強(qiáng)，價(jià)格低，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求，因此我們推薦用戶選用該系列變頻器 。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗(yàn)證，公式如下 : CNI ＞ MI 21 式中 CNI 一變頻器額定電流， A MI — 電機(jī)額定電流， A 當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在 300s 內(nèi)有小于 60s 的加速時(shí)間的并且 起動(dòng)電流不超過(guò)變頻器額定位的 。此時(shí)變頻器容量為 PKgvCKP MPMCN ????? c os1000c ??? (KVA) 式中 ?cos — 電機(jī)的功率因數(shù)， ?cos = P — 起升額定負(fù)載所需 功率， kw M? — 電機(jī)效率， M? =0. 85 CNP — 變頻器容量， KVA K — 系數(shù)， K=2 起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮 2倍的安全力矩?？紤]到電源電壓波動(dòng)因素及需通過(guò) 125%超載試驗(yàn)要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有 倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。 通過(guò)利用上述公式的計(jì)算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表 : 表 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 電機(jī)功率 20 主起升機(jī)構(gòu) YZR250M18 30KW 副起升機(jī)構(gòu) YZR200L8 15KW 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu) YZR160M16 2*5. 5KW 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) YZR16016 5. 5KW 變頻器的選用 一，變頻器選型 本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的 10%20%。 五、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù) 起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由負(fù)載功率 P 廠及加速功率 Pa 兩部分組成。 四、電機(jī)效率 國(guó)外以 4 極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時(shí)電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。電機(jī)在起動(dòng)過(guò)