轨道式集装箱门式起重机电气控制系统研究

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摘要:本文在简介轨道式集装箱门式起重机的基础上着重介绍了其电气控制系统的三层功能—执行、拉制、监视;并介绍了变频调速应用在起重机上的优点。

关健词:轨道式门式起重机变频调速PLC人机界面 

1轨道式集装箱门式起重机简介 本机用于水运所试验基地堆场上的集装箱装卸作业试验，采用双主梁、双悬臂、带斜拉杆的桥架结构，主结构为整体双对称形式。桥架跨中可堆码8列集装箱，并留有1列拖挂车通道;两侧悬臂可通过2列拖挂车。集装箱吊具可越过4层箱垛并堆装第5层集装箱(箱高9英尺6英寸)。主要技术参数如下: 起重量:30.5T(吊具下)，35T(吊钩横梁下); 满载吊具升降速度:25 m/min 空载吊具升降速度:50 m/min 满载吊钩横梁升降速度:16t m/min 小车速度:120 m/min 大车速度:25m/min 轨距:30m 基距:9m 装机容量:380Kw  本机主要功能是: l)模拟岸边集装箱起重机、集装箱门式起重机装卸作业工艺，开展单机性能试验及作业效率研究; 2)集装箱机械的技术性能及参数的检测试验; 3)电气驱动和控制性能试验和检测 4)集装箱吊具作业技术及工作性能试验 5)集装箱装卸机械操作人员操作技术的模拟培训。 2电气系统原理与组成 本机电气系统的主要组成部分有:安川变频器(VS一616G5型)、通用电气可编程控制器(GE一9030)、研祥工控机，上位监控软件正记.6以及Digital公司的GP触摸屏。整个系统分三个层次:执行层、控制层、监视层。 本机由司机室操作台集中对起升机构、小车运行机构、大车运行机构、顶规器、集装箱吊具伸缩、转锁、导板等进行操作控制。根据作业工况的要求，起升机构和小车运行机构、小车运行机构和大车运行机构可以同时运行。 2.1执行层 执行层:主要由变频器实现对电机速度的调节与控制。电气驭动系统框图如图1所示。 起升机构采用一台变频电机驱动，电机功率为20()KW，转速为980/1960rpm，额定电流为370A，起升变频器选用616G5A4330，额定输出电流为605A，带PG一BZ卡，选用闭环矢量控制模式，速度控制范围是l:10()0。系统具有足够的调速硬度和良好的低能转矩特性，在OHz电机能以150%额定转矩输出，50Hz以下实现恒转矩调速，50HZ以上实现恒功率调速。  起升机构属于位势负荷，即负荷力矩的方向始终一致，因此驱动器除提供满足负荷上升和下降的方向运行力矩外，在制动器打开时，以及在整个减速停车过程中，都要提供足以维持负荷重量的力矩。在每一次起动时(不论上升还是下降)，变频器根据对电动机的自适应检测出所必须提供的力矩，提供出一个状态化适当的电流给电动机，如果变频器读到 反馈的电流，则制动器释放、打开;如果变频器读不到反馈电流，则认为力矩检测失败，并提供有关的信息显示。 低速制动是所有调速机构的共同特点。实际速度的反馈是通过旋转编码器将速度反馈至变频器，变频器将速度的转换值用通信的形式传递至PLC，然后井制制动器的动作，在速度减至接近于零时，发出制动指令，保证了机构在高速运行及制动过程中的平稳，没有任何冲击负荷的效应。 恒功率调速是起升机构进行高效节能、广泛应用的控制方式，即在重载时，保持在电动机基速以下的最大恒转矩运行;而在轻载或空载时，利用电动机高速低转矩输出的特性，根据负荷大小所应提供的转矩弱磁提高转速，保持功率恒定，以提高起重机的使用效率。该起重机的最高转速是基速的两倍，即频率输出为卜l0()I][z。负荷的检测是根据提供电流的大小，通过数据通信由变频器传至PLC，然后经过计算比较得出向变频器发出的速度给定指令。    大车运行机构采用四台变频电机驱动，功率4xlIKW，转速为970rpm，额定电流为104A，与起升机构共用一台变频器，采用不带速度反馈的矢量控制方式，即开环矢量控制方式，其速度控制范围为卜100，IHZ时启动转矩达150%。 小车运行机构采用两台变频电机驱动，功率为Zx37KW，转速为巧00rpm，额定电流为140A，变频器选用616G5A4100，带PG一BZ卡，选用闭环V/f控制方式。其速度控制范围为1:100，l比时启动力矩可达150%。 吊具系统采用一台吊具泵驱动，主要动作有吊具伸出、吊具缩回、旋锁打开、旋锁闭合;吊具泵启动后，根据操作信号，开闭相应的电磁阀。 2.2控制层 控制层由PLC及工业控制网络组成，通过PLC程序实现系统的安全保护和运行控制。控制系统框图见图2。 PLC系统主要由电源模块、CPU模块、Geulus通讯模块、ROfiBus通讯模块、高速计数模块、AO模块、DlfDO模块、远程模块组成。按所处位置分为本地站、操作台、大车箱、吊具箱、变频器等五部分。 CPU模块负责PLC系统本身的自动管理、输人采集、程序处理、输出刷新。 Genius模块通过屏蔽电缆与远程站的FieldControlUnit模块相连完成G。五uS通讯，通讯波特率为153.6K万厄(各远程站中配有FieldContro1Unit模块，负责所在远程站各模块的地址配置几信号定义、与主站的通讯)。 Profibus模块通过屏蔽电缆与变频器sI一P卡相连完成PLC与变频器之间的通讯，变频器的所有数据，包括各项指令信息、状态信息等，都可以通过数据通信网络进行传递。该起重机的每一台变频器上都配备有SLP卡，负责与PLC的通讯、变频器站号通过sI一P卡上的两个开关设定。两者的通讯需要安川变频器的GSD文件引导，该文件的配置在PLC的硬件配置文件中设定。 高速计数模块与脉冲发生器相连，采集各电机的实时速度。