大型冶金起重机电气控制系统的设计与实现.pdf

大型治金起重机电气控制系统的设计与实现
吴先文李丽张丹李剑
1四川工程职业技术学院德阳6180002中国二重集团公司徳阳618000
摘要:根据320/50t-22m大型淬火桥式起重机的使用要求及主要技术参数,设计了该起重机的电气系
统,重点讨论了PLC控制难点问题的解决方法,对PIC程序进行了优化设计,提高了其可靠性和系统响应速度
具有一定的推广应用价值。
关键词:冶金起重机;电气系统设计;PLC程序优化
中图分类号:TH16
文献标识码:B文章编号:1001-0785(2011)07-0031-03
Abstract: Considering the use requirements and main technical parameters of the 320/50 t-22 m large quench
bridge crane, the paper designs the electrical system of the crane, focusing on the solutions to the PLC control difficult
problem and optimization of the PLC program. The designed system features improved reliability and system response spee
and has certain application value
Keywords: ladle crane; electrical system design; PLC program optimization
1电气控制系统总体方案设计
总接触器下端单独引电。当急停指令发出时,接
触器会立即断开,同时为了保证可靠停车,总断
1.1动力部分
路器也将分闸。各主要驱动电机的主回路上都安
320/50t-22m大型淬火桥式起重机动力部分装了自动断路器和过流继电器2种保护装置。同
主要包括总断路器、总接触器、各机构电动机及时主、副钩起升电机定子内置有PT100温度传感
相关保护控制装置、电阻箱等,如图1所示。电器,当电机温度超过设定值时会发出报警信号
能从厂房电源滑触线引入,经由总断路器A、B中(但不停机)。
的任意1台(其中1台作备用)向总接触器馈电。
所有机构的驱动电机都采用三相冶金起重用
总断路器提供短路、过载、零压保护。总接触器绕线转子电动机,并采用在转子回路中串入不同
为2台容量为1600A真空接触器分相并联而成,阻值电阻的启动调速方案。
用于主回路供电,各机构的主回路控制屏分别从1.2控制部分
总断
主钩
如图2所示,控制部分主要包括联动台、遥
路器A路器B/断路器1/过流保护机械互锁接触器
控器、HMI人机界面、PLC可编程控制器、编码
器、限位开关和保护装置等。
控制系统的核心是1台西门子S7-300可编程
主钩4套
控制器,它通过 Profibus-DP总线将CPU和2个
aton ut ccrb
位于主梁内的I/O子站连接在一起,并通过MPI
总线与HMI人机界面交换数据。HMI用于显示起
重机的过程状态和故障信息,通过故障自诊断程
序可迅速判断故障原因。
由于该机主钩为4台电机共同拖动,因此有
总接触器
电阻柜切电阻接触器柜
同步性要求,为了防止在起吊重物时出现同步轴
断裂、同步联轴器断齿而引起重大安全事故,在
图1起重机电气系统动力部分
主起升机构的2台减速器低速轴上分别安装有增
《起运输机械》2011(7)
EPS I UPS/连动台PLC主机遥控器接收机PLC北梁子站
助点状态全部录入PLC,编程时不使用软点而使用
由PLC采集回来的真实状态,但采用这种方法可
能会出现无休止的接触不良问题。2)全部使用软
点编程。在程序中专门编写接触器状态监视程序,
用于监控PIC上的输出状态和接触器的真实状态,
如果2种状态不符的时间超过规定值,则认为是
故障。但这种方法又会导致某些需要高速响应信
内、?□
号得不到及时处理的问题。应结合2种方案的优
缺点,根据实际情况采用不同的方法。
制动器接触器HMI人机界面增量编码器PLC南梁主站
2.2PLC自诊断程序设计
图2起重机电气系统控制部分
320/50t-22m大型淬火桥式起重机对安全可
靠性要求很高,需要利用PIC自身监视每个模块
量式旋转编码器用以监控2台减速器的速度,在及编码器的工作状态。该起重机采用的西门子S7
PLC程序中编写了接触器动态监控功能。当出现系列PLC系统提供了相应的故障中断模块OB,
速度不同步或超速等故障时由PILC发出急停指令,PLC在检测到自身有故障时会产生相应的中断,
使起重机断掉总电源。
用户可以在中断中处理故障信息,但如果总线或
起重机设有备用电源系统,由1台EPS(三相编码器连接不良时,会导致同一故障反复地出现
消防应急电源)和1台UPS(后备电源)构成。和消失,极易造成PLC中断溢出或嵌套过深,从
当工作车间因故断电或电源出现故障时,UPS向而导致PIC丢失其他可能更重要的故障中断,造
PLC系统供电维持控制核心的正常运行,EPS为主成程序的误判。因此,本系统的自诊断程序不利
副钩制动器提供能量,通过间隙式的制动器操作用PIC的故障中断模块,而使用主动扫描的方式
将半空中的工件安全落人油槽中。
分时获取各模块状态(SSL列表)。
2PLC控制难点问题的解决
2.3小PLC程序循环周期
本系统的PLC程序需要监视每个接触器和每
2.1PLC控制的机敏性与鲁棒性平衡问题
个模块的状态,计算减速器的转速,监视电动机
PLC控制具有可靠性高、响应速度快、控制温度等。若按通常方法编程其循环周期将超过
灵活、寿命长及编程简便等优点,但应用到桥式50ms,而设计程序中使用有设定值为200ms延时
起重机的控制上,会带来鲁棒性不足的问题。淬继电器,显然不能满足要求,因此,需要通过对
火起重机常在多油烟、大振动的环境下作业,主程序进行优化来缩短PLC的平均循环周期。
令电器、继电器、限位开关等元件的触点时常会
本系统在缩短循环周期上主要采用了计算分
出现短时间接触不良,由于PIC输入点响应速度时化和堆栈操作指针化2种方法。现以电机温度测
快,因此很易误将此判为输入点的动作,严重时量程序为例,电机温度变化相对缓慢,对响应速度
会断开程序中与之相关的自保回路导致起重机停要求不高,故可进行分时计算。通过LC模拟点读
车。解决方案:1)尽量选择触点结构为瞬动触点入的电机温度值是瞬时信号,需进行较长时间系数
的元件;2)对PLC输入模块的组态,设置较长的滤波,按时间顺序记录信号的历史数据,选择先进
滤波时间;3)在容易出问题的输入点上加入一段先出的堆栈来保存数据,但程序如果表面化编写,
的断电延时程序。
堆栈的压栈操作会消耗大量的计算时间,因此本系
标准控制屏上的辅助触点不仅为了控制接触统采用指针的方式来操作堆機,通过改变指针的指
器动作时序而存在,很多还兼做元件故障保护,向来实现堆栈的压機,如图3所示。在程序执行过
用IC控制代替继电器控制后,所有辅助触点都程中,由于滤波的数据计算量比较大,因此将它分
被软件化了,这将导