2023年-有关PLC于变频器的桥式起重机控制系统设计.docx
《2023年-有关PLC于变频器的桥式起重机控制系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2023年-有关PLC于变频器的桥式起重机控制系统设计.docx(22页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、避免吊钩的下滑。2、运行机构大车运行机构中两台电机用一个变频器;考虑到运行机构的工作频率较少,为节省成本,在调速 中运行机构共用一台变频器。变频器的选择,i般以电动机的额定功率作为选择的依据。通常选额定 功率大一级的变频器。3. 2 PLC技术简介3.2.1 PLC 概述可编程程序控制器(Programmable Controler),也称为 PLC (programmable Logic controler), 即是可编程逻辑控制器。其采用计算机结构,主要包括CPU,存储器、输入、输出接口及模块、通讯 接口及模块、编程器和电源六个部分。如图4.1所示,PLC内部采用总线结构,进行数据和指令的
2、传 输。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量,他们经PLC 外部输入端子输入到内部寄存器,经PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子,作为PLC的输出变量,对现场设备进行各种控制。主机输 出 模 块电源输 入 模 块通信模块编程器或编程软件图3. 2可编程控制器基本结构示意图3. 3部件的选择3. 3. 1电机的选用一、变频调速对电机的要求采用变频调速时,由于变频器输出波形中高次谐波的影响以及电机转速范围的扩大产生了一些 与在工频电源下传动时不同的特征。主要反映在功率因数、效率、输出力矩、电机温升、噪音及振动 等方面。随着高开关频率的工GBT等电力
3、电子潜件的使用、PWM调制、增强型V/f控制方法的应用、 使变频器输出波形、谐波成份、功率因数及使用效率得到了很大的改善,有效地提高了变频控制电机 的低速区转矩。同时由于变频控制软件的优化使用,使电机可以避开共振点,解决了系统在大调速区 间内可能发生的共振问题。二、变频起重机系统中电机的选型起重机起升和运行机构的调速比一般不大于1:20,且为断续工作制,通常接电持续率在60%以 下,负载多为大惯量系统。严格意义上的变频电机转动惯量较小,响应较快,可工作在比额定转速高 出很多的工况条件下,这些特性均非起重机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特 性基本一致;在连续工作时考虑到冷却效果
4、限制了普通电机转矩应用值,普通电机仅在连续工作时的 变频驱动特性比变频电机稍差。三、电机冷却西门子变频器在调速比为1:20的范围内能确保起重机上普通电机有150%的过载力矩值。电机在 起动过程中可承受2. 5倍额定电流值,远大于变频起动要求的1. 5倍值,运行机构的电机在以额定速 度运行时电机通常工作在额定功率以下,因此高频引起的1. 1倍电流值可不予考虑。但若电机要求在 整个工作周期内在大于1:4的速比下持续运行则必须采用他冷式电机。四、电机效率国外以4极电机作变频电机首选极数,因此时电机有最好的功率因数和最高的工作效率,使能 耗降为最低。目前,国内用于起重机械的4极电机有强迫通风冷却的YZ
5、FXXX-4型电机等。五、电机起动转矩及电机运行的功率因数起重机运行机构的转动惯量较大,为了加速电机需有较大的起动转矩,故电机容量需由负载功 率P厂及加速功率Pa两部分组成。一般情况下舄,电机容量P为PN(Pj + Pa)/儿”式中4,“一电机平均起动起动转矩倍数起重机起升机构的负荷特点是起动时间短(l-3s),只占等速运动时间的较少比例;转动惯量较少, 占额定起升转矩的10%-20机其电机容量P为P = Cv/(10007) (kw)式中Cp一起重机额定提升负载,kg口 一额定起升速度,m/sg 一重力加速度,g=9. 81 m/s一机构总效率为使电机提升1.25倍试验载荷,能承受电压波动的
6、影响,其最大转矩值必须大于2,否则必须让 电机放容,从而降低电机在额定运行时的工作效率。通过利用上述公式的计算,选用改造后的桥式起重机各执行机构的电机参数如表3. 1所示:表3.1各执行机构电机参数电机型号电机功率主起升机构YZR250M1-830KW副起升机构YZR200I-815KW大车运行机构YZR160M1-62*5. 5KW小车运行机构YZR1601-65. 5KW3. 3. 2变频器的选用一,变频器选型本系统选用西门子变频器,西门子变频器具有较合理的价格,完整的理论计算书及辅件推荐值, 有利于用户合理选用。二、变频器容量选择2. 1起升机构起升机构平均起动转距一般来说可为额定力矩值
7、的1. 3-1. 6倍。考虑到电源电压波动因素及需通 过125%超载试验要求等因素,其最大转距必须有1.8-2倍的负载力矩值,以确保其安全使用的要求。第11页共22页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第12页共22页等额变频器仅能提供小于150%超载力矩值,为此可通过提高变频器容量(Yz型电机)或同时提高变频 器和电机容量(Y型电机)来获得200与力矩值。此时变频器容量为(KVA)15Pcn -= -PCOS0 1000 77 COSQ式中cose一电机的功率因数,cos。: o.25P一起升额定负载所需功率,kw 的一电机效率,m =0. 85Pgv一变频器容
8、量,KVAK一系数,K=2起升机构变频器容量依据负载功率计算,并考虑2倍的安全力矩。若用在电机额定功率选定的基础上 提高一挡的方法选择变频器的容量,则可能会造成不必要的放容损失。在变频器功率选定的基础上再 作电流验证,公式如下: IM式中,CN 一变频器额定电流,A一电机额定电流,A2. 2运行机构当运行电机在300s内有小于60s的加速时间的并且起动电流不超过变频器额定位的1. 5倍时变 频器容量可按卜.式计算。TN1FK973 973 K (I SP.之y方小=色+ Pm、375心.式中K-电流波形补偿系数,PWM方式K=1.051. 1号 一负载转距,N. mZG2总转动惯量对电机轴的折
9、算值,kg.mJ一加速时间,SN电机额定转速,r/min七丫之(尸, + A,) 当运行电机在300s内电机有大于60s加速时间时,变频器容量按下式取值:九cos。(kVA )电流验证:以上公式均以负载功率作为变频器容量计算的基本参数,相同功率不同极数的电机有不同的额定 电流。故最终尚需验证电机和变频器额定电流,即2. 3.多电机驱动时变频器容量的选择电压型变频器可以一台变频器驱动多台电机,其并联运行且变频器短时过载能力为150%、60% 时,如电机加速时间在300s内有小于60s的加速时间,则+凡低一1)=外今低一1)2nJCN nTlM1+3(尺-1) Xl.l并要求J L nr J式中几
10、一负载所要求的电机轴输出功率叼一并联电机的台数凡一同时启动的台数1电机效率,=0.8&-电动启动电流与电机额定电流之比值火一电流波形的修正系数,PWM方式取L05T. 1匕变频器容量,KVA,cn变频器额定甩流,卜3. 3. 3 PLC的选用目前PLC使用性能较好的有SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司。根据性价比的 选择,根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑,我们采用SIEMENS 公司的S7-200系列PLC。SIMATIC S7-200系列是西门子公司小型可编程序控制器,可以单机运行,由于它具有多种功能 模块和人机界面(HMD可供选择,
11、所以系统的集成非常方便,并且可以很容易地组成PLC网络。同时 它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件,使得在完成控制系统的设计时更加简单,几乎可以完成 任何功能的控制任务,同时具有可靠性高,运行速度快的特点,继承了和发挥了它在大、中型PLC 领域的技术优势,有丰富的指令集,具有强大的多种集成功能和实时特性,其性能价格比高,所以在 规模不太大的领域是较为理想的控制设备。4. 3. 4常用辅件的选择变频器系统器件由断路器、接触器、电抗器、变频器、制动电阻及制动单元组成。1、断路器为避开变频器投入时直流回路电容器的充电电流峰值,为此变频器配置的断路器容量应为电机额 定电流的1. 3-1. 4倍,整定
12、值为断路器额定值的34倍。2、接触器接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用,一般不作 回路开断器件用,故可按电机额定电流选用接触器容量,无须按开断次数考核其寿命。3、交流电抗器在变频渊的输入端加接交流电抗器,以抑制变频器造成的高频峰值电流,或电容器开断造成的峰 值电流对变频器的危害。同时,交流电抗器的接入还可起到降低电机噪声、改善起动转矩、在电机轻 载时改善电机功率因数的作用。4、制动单元为减小大惯性系统的减速时间,解决变频器直流电路上的过电压问题。常在其直流电路中加接一 检测直流电压的晶体管。一旦直流回路电压超过一定的界限,该晶体管导通,并将过剩的电能通过
13、与 之相接的制动电阻器转化为热能耗。在能量消耗的同时加速了转速的减小,该能量消耗得愈多,制动 时间愈小,此装置即为变频器的制动单元。编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第15页共22页5.制动电阻器借助制动单元,消耗电机发电制动状态下从动能转换来的能量。5.1 电阻值的计算R . U口 1.047(7;-0.2Tw式中心一直流回路电压,V一制动转矩,N. m心一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下,电机自损耗约为电机额定功率的20%左右),N. m一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下,电机额定转速),r/min在制动晶体管和制动电阻构成的能耗回路中最大电流受晶体
14、管许用电流Ic的限制,因此在选择制动 电阻值时不可小于其最小制动电阻值Rmin,即(Q)式中七一直流回路电压,V一制动晶体管允许的最大电流,A因此,制动电阻应勺按&。 Rb尺面的关系选用。5.2制动转矩果的计算八375l式中一电机转子飞轮转矩之和,N.m乙一负载转矩,N.m一减速开始时转速,r/min%减速结束时转速,r/min “一减速时间,S6.电缆选择由于高次谐波的驱动效应,电缆的实际使用面积减少,单位实际工作电阻增大,电缆压降有增大 的趋势,故所配电缆一般大于常规使用值。3. 4起重机变频调速系统设计3.4.1 系统控制的要求对桥式起重机变频调速控制系统的基本要求(1)主、副机构升降速
15、度调节;(2)运行机构运行速度调节;(3)保护功能:主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保 护等。控制系统应由PLC、继电器、操纵台各主令控制器、开关、按钮、指示灯及各部位限位开关等组 成。第四章4.1 PLC编程软件概述S7-200的编程语言是STEP 7-micro/win32,它是用于S7-200系列PLC进行编程、调试的全新软 件,它是在国际标准工EC1131-3的基础上建立的,可以用LAD, FBD和STL来编程。STEP7micro/win32软件的一个特点是调试功能很强大,不仅能在线读取数据,而且能在线修 改过程数据,对于调试大型复杂控制程序非常
16、有效。STEP 7-micro/win32软件还附带一些控制程序 模块,如PID调节模块,这些模块可以从主控制程序中直接调用,以便实现不同的功能。STEP 7-micro/win32软件工具包采用模块化的程序设计方法,它采用文件块的形式管理用户编写的程序及 程序运行所需的数据。该工具软件包为S7-200CPU与其它系统部件(如触摸屏、变频器)的使用提供了 便利。4. 2程序设计在本系统中,PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入,判断当前的 系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件,以完成相应的控制任务。除此之外,另一个任 第16页共22页务就是接受上位机的控制命
17、令,以进行自动采样。PLC的软件设计部分我们采用模块化的方法,PLC 程序设计共有四个模块:按钮处理模块、通信模块、PID控制模块、故障报警模块。其中按钮模块主要处理各电机和电磁阀的启停控制。(四)故障报警模块为了实时通知操作员故障消息,以便尽快地排除故障,确保整个系统正常运行,本控制系统具有 良好的故障报警措施。所以在PLC程序中始终对相应的传感器输入信号进行扫描,一旦有诸于变频器 故障,超重等故障,应马上切断该设备,并启动蜂鸣器,进行报警。考虑到工业现场可能的干扰,(1) 我们在程序中采用延迟报警.即只有当报警信号持续一定的时间(一般为几十亳秒到几百亳秒).才认 为有故障。(2)在启动设备
18、时,逐步开启报警;而在停止设备时.逐步阻塞报警。上述两个措施可有效 的防止误报警。报警处理由画面元素和PLC变量直接对应,无需编程。4. 3系统抗干扰措施可编程控制港的主要应用场合是工业现场,工作环境中各种干扰对系统设备的正常运行存在着严 重的影响。所以在本系统中也不例外,有必要考虑PLC的抗干扰措施。抗干扰的主要措施有;(1)输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设,不能扎在一起。(2)必要时需选用带有屏蔽层的输入和输出信号电缆,并注意一端接地。(3)多芯电缆中的备用芯线也要一端接地,一则扩大屏蔽作用,二则抑制芯线间的信号串扰及外 部干扰。(4)为避免干扰,同一电平等级的信号才能用一
19、条多芯电缆传输。所以,对数字信号和模拟信号, 在任何情况下,都必须分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信号线分开。尽量缩短模拟量I/O 信号线的长度,并采用双芯屏蔽线作为信号线。(5) PLC电柜应有独立的接地线,接地电阻小于10欧姆。(6)引至PLC柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。一般要将PLC装于专门的电柜中,且PLC四周留有50nini以上的净空间,保证良好的通风环境。 尽量不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第18页共22页第五章结束语本论文主要为桥式起重机设计
20、一套将可编程序控制渊与变频器结合应用于桥式起重机控制系统, 同时实现起重机电机速度的可调节,以节约能源和适应生产的需要。根据要求,此系统要能达到现场的运行状况、运行数据都可以在司机控制室掌握,用户在控制室 可以通过人机界面来设置变频器的运行频率、启动和停止电机,并旦变频器的故障信息可以在人机界 面上反映出来,以用来提示用户。采用变频器实现起重机电机的调速运行,结合PLC的强大功能、可 靠性以及基于组态软件所开发出来的良好人机界面和通信能力,实现在司机控制室对电机的远程控制 运行参数调节。上位机选择触摸屏主要完成系统的组态、监控、参数设置和开关量置位。下位机采用 PLC来实现各电机的启、停、电磁
21、阀的开关,数值的转换、速度的检测。重点解决了系统中的监控画面、PLC程序设计的问题以及上下位机之间的通信问题。同时根据 STEP-7 MICR0/WIN32软件工具包的结构化程序设计特点,大量采用代码重用的方法,大大减少了系 统的开发和维护;同时利用西门子公司的Protool/pro组态软件设计良好的人机界面以下载至触摸屏, 以及实现其与PLC的通信。随着现代控制理论的应用,微处理器和微电子技术的发展,使变频调速控制系统日趋成熟。而桥 式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备,在企业生产活动中应用广泛作用显著,故对于提高其运 行效率,确保运行安全,降低物料搬运成本是十分重要。传统的桥式起重控制系
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2023 有关 PLC 变频器 桥式起重机 控制系统 设计
限制150内