25t25m固定式起重机电控系统设计.pdf

Vol.31No.62011.6
船电故木应用研究
25t25m固定式起重机电控系统设计
刘文达张浩柯常国
(中国船舶重工集固公司第712研究所,武汉430064)
摘要:本文根据起重机控制的特点,设计出以PLC为核心的起重机电控系统,介绍了变频调速擰制原理
设备配置,以及系统控制软件运行流程,该系统在保证实现系统控制功能的基础上,简化了硬件电路,提
高了系统控制的可靠性
关键词:电控系统起重机变频调邀
中图分类号:U653.921
文献标识码:A
文章编号:1003-4862(2011)06-0043-04
The Design of Electric Control System for a 25t 25m Crane
Liu Wenda, Zhang Hao, Ke Changguo
K Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China>
Abstract In this paper a contro system for a crane system is designed according to the control features of
the harbor hoisting machinery. e principle of frequemey comtrol theory and the configuration of
equipments are introduced. Meanwhile, the low of software and the control functions are discussed. The
rdware circuits are simplified and the reliability of the system is
Key words: electric control system, crane; freguency variable speed regulation
气、机械安全保护装置。
中国经济的迅速发展,使得港口运输业也迅2驱动系统
速崛起,起重机作为一种运输机械,广泛应用于
起重机的机构主要分为:起升、变幅、旋转
工业、矿业,车站、港口、仓库等领域。
三大部分。
本文介绍的25t25m固定式起重机电控系统
本系统所有机构均由足够功率的交流电动机
的PILC选用 OMRON公司产品,控制各动作结构驱动,采用交流变频调速。我们选用安川全数字
电机的变频器选用安川公司产品,所有机构全部式交流矢量变频器 VARISPEED G7系列变频器。
采用自带风机的三相异步鼠笼电动机驱动。起升该变频器起动制动平稳,反应灵敏,调速范围广,
机构、变幅机构都是采用闭环调速的。电控系统低速性能好,可实现无级调速,并可在操作面板
包括中心受电器、配电柜、起升控制柜、变幅控上进行参数设定,对整套装置的工作参数进行显
制柜、旋转控制柜、PLC控制柜,司机室及联动示。
台及照明系统等?
本系统将PLC技术与变频调速技术相结合
本起重机可以通过司机室内NS10触摸屏和采用矢量控制,极大地提高了系统性能,成为生
联动台指示灯观测到整个系统的运行状态,在司产控制的坚实基础。以起升机构为例,采用安
机室进行起升、变幅、旋转等联合动作,操作方 YASKAWA系列的CIMR-G7B4132-0132kW变
便,动作灵活。并设有安全操作所必须的各种电频器,电机自带编码器和变频器PG卡相连,对
交流电机矢量控制,同时系统所带的制动单元可
收稿日期:2011-01-12
以把制动时产生的能量消耗。
作者简介:刘文达(1984-),男,助理工程师,硕士。
矢量控制是根据交流电动机的动态数学模
研究方向:自动控制。
型,利用坐标变换手段,将电机的定子电流分解
万方数据
船电故本|应用研究
Vo1.3lNo.62011.6
成磁场分量电流和转矩分量电流,通过对一次定和转速差的关系式为:
子电流的大小、频率及相位进行适当的控制,可
实现矢量分解及控制。变频器采用矢量控制,极
(3)
大地提高了系统性能,成为生产控制的坚实基础。
ら)(s+)2+s(x+x2
本系统起开机构采用安川 YASKAWA系列式中:机极对数:o1为定子电压角频率。当滑
的CIMR-G7B4132-0132kW变频器,电机自带差s很小时,可忽路式中的sn1及s2(x1+x2)2
编器和变频器PG卡相连,对交流电机矢量控则异步电动机稳态电磁转矩可用如下近似公式计
制。系统所带的制动单元可把制动时产生的能量算:
通过制动电阻消耗掉。
异步电机变频调速具有调速范围广、平滑性
7≈3n(s
较高、机械特性较硬的优点,可以方便地实現恒
转矩和恒功率调速,整个调速特性与直流电机调
由此可以看出,当频率一定时,异步电动机
压和弱磁速十分相似,并可与直流调速相媲美。的电磁转矩正比于滑差。
起升机构的调速,通过联动台主令控制器控
制,变频器与PIC之间采用 Profibus-DP通讯方4系统运行方式和制动方式
式,PLC实时读取变频器的参数:,并通过输入给
本25t25m固定式起重机在作业时,需要对
PLC的主令控制器信号控制变频器的频率及电机重物有上下左右的4个方向的位移控制,从控制
的转速。
精度方面考虑,对力矩要求较大的起升和变幅机
起升机构停车通过制动器实现,在变频控制构,采用了闭环矢量变频控制方式,采用速度闭
下可实现低速抱闻,减少抱闸闭合时的震动及抱环可以保证速度的控制精度,有效防止溜钩现象
蕗损,使停车更平稳。
的发生,保证现场施工的安全。对挖制精度要求
变频调速控制原理
相对较少,而且与作业效率相关不大的回转机构,
采用了开环矢量变频控制方式。由于起重机械的
异步电动机的同步转速,也即旋转磁场的转负载既不是连续的,电机嵩要频繁启动制动,在
速为
制动过程中,电机力矩与速度方向相反,电机被
个高于设定值的速度拖动,动能转化成电能;
另外,在起升机构下降过程中,电机被负载拖着
式中:n1为同步转速,r/min;为定子频率Hz;走,势能通过电机转化为电能;从电机端发电得
P为磁极对数。
到的动能或势能反馈到传动的变频器中来,这种
异步电动机的轴转速为
现象叫“再生能量“?。
n=B1(1-s)=(1
在港口起重机变频调速系统中,大多采用共
用直流毋线的方式,能量转化也在直流母线上完
式中:s为异步电动机转差率,s=(n1-m)/n1
成,本25125m港机中,各机构变频器都使用了
可见,改变电动机定子侧供电电源颊率,即制动电阻,即逆过耗能方式来释放从负载反馈的
可以改变其同步转速,实现无级调速的目的。能量,即在直流母线上申接大功率制动电阻,当
下面以起升机构为代表对变频调速进行讨电机侧反愦的能量通过交频器转化为电能,反映
论
在直流母线上即为母线电压升高,这时用于控制
起升机构是起重机最主要的机构,在起升或制动电阻的制动单元模块就会把制动电阻连人直
下降过程重力作用的影响很大,上升时重力作用流母线,制动电阻在非常短的时间内可完成一次
为阻力负载、下降时则转变为动力负载,起升机放电过