基于PLC的塔機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)是以繼電器硬接線電氣控制的系統(tǒng)。雖然其成本低，但它使用壽命短，維護(hù)投入大，接線復(fù)雜，自動(dòng)化程度低；而且這種控制致命的缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。而PLC使用軟繼電器來(lái)存儲(chǔ)和傳遞繼電器的狀態(tài)量0和1，可以實(shí)現(xiàn)繼電器動(dòng)作無(wú)沖擊化，而且PLC使用梯形圖語(yǔ)言。編程簡(jiǎn)單，修改方便，并且?guī)в蠥/D模塊可以對(duì)模擬量輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因而使用PLC代替硬接線電氣控制來(lái)控制塔機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器發(fā)出的頻率來(lái)控制塔機(jī)各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而改變各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度以達(dá)到變頻調(diào)速的功能.。本文針對(duì)K80型號(hào)塔式起重機(jī)的工作特點(diǎn)，采用OMRON C200H型模塊式可編程序控制

2、器進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)塔機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能及塔機(jī)的整體對(duì)控制的要求進(jìn)行了控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；然后，進(jìn)行了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。另外，還介紹了變頻電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別及其參數(shù)的選定。本控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：塔機(jī)運(yùn)行方式控制、外部電路設(shè)計(jì)及PLC選型設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括：主控程序設(shè)計(jì)及起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和安全回路各子程序的設(shè)計(jì)。采用PLC和變頻調(diào)速技術(shù)控制的K80型號(hào)塔機(jī)，其控制系統(tǒng)的可靠性得到了明顯的改善，并且提高了塔機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性以及小車行走的穩(wěn)定性和定位的精確性。最終達(dá)到了減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益，提高塔機(jī)電動(dòng)控制設(shè)備的技術(shù)水平的目的。緒論現(xiàn)在，我國(guó)的建筑

3、用塔式起重機(jī)已越來(lái)越普遍。從普通的多層建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程，到處都有塔式起重機(jī)的應(yīng)用。而隨著我國(guó)加入WTO及進(jìn)入21世紀(jì)，塔式起重機(jī)將面臨巨大的挑戰(zhàn)。分析國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。廣泛采用集中控制、變頻式控制及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線控制與人機(jī)截面等新技術(shù)，系統(tǒng)大大提高了整體的可靠性和動(dòng)態(tài)精度。目前國(guó)內(nèi)起重電器產(chǎn)品與國(guó)外相比還存在一定的差距，普遍采用單獨(dú)控制方式，即一臺(tái)橋式起重機(jī)小車、吊鉤、塔臂分別用三套不同的電氣裝置來(lái)控制，這些裝置又由普通低壓電器元件等傳統(tǒng)起重電器組成。由于單套裝置的可靠性差，各套裝置間又缺乏內(nèi)在連鎖保護(hù)，所以

4、國(guó)內(nèi)產(chǎn)品很少采用調(diào)速裝置。無(wú)論是設(shè)備的平移還是吊鉤的下降、上升、定位精度及平衡性都不好。繼電器硬接線控制主要是依賴中間繼電器及時(shí)間繼電器的轉(zhuǎn)換，其方法雖然成本低，但技術(shù)含量低，起重機(jī)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。接點(diǎn)多，一旦有一接點(diǎn)松動(dòng)，就會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。操作工作強(qiáng)度高、耗材多、耗量大、體積笨重、使用壽命短，難以適應(yīng)現(xiàn)代化的要求；此外，這種控制系統(tǒng)的致命缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。而現(xiàn)在許多大型的塔式起重機(jī)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的動(dòng)作精度和可靠性以及塔機(jī)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性提出了更高的要求。一般繼電器硬接線控制系統(tǒng)難以達(dá)到這樣的要求，并且目前有很大一部分塔式起重機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)電機(jī)均采用“恒速”控制。例如塔機(jī)吊鉤的升、降

5、速度一般都控制在（46）m/min，而塔機(jī)大部分時(shí)間都在輕載或空鉤的情況下運(yùn)行，工作效率很低，供電電源功率因數(shù)很低（一般在0.4以下）能耗大、浪費(fèi)嚴(yán)重。針對(duì)現(xiàn)在對(duì)塔式起重機(jī)的需求，這里將提出一套完整的以PLC和變頻調(diào)速技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)。整合小車、吊鉤、塔臂的電氣控制。改變?cè)谝慌_(tái)起重機(jī)上有多套控制裝置的不合理結(jié)構(gòu)，從而將大大提高整合塔式起重機(jī)的控制系統(tǒng)特性和可靠性，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，提高塔式起重機(jī)電機(jī)控制設(shè)備的技術(shù)水平。因此，利用PLC對(duì)塔式起重機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行控制，用變頻調(diào)速改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)從而改變各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度是很有必要的事情，在下面的各章中會(huì)對(duì)所涉及的問(wèn)題進(jìn)行研究。1 塔機(jī)概述1.1 塔機(jī)的機(jī)

6、械構(gòu)造塔機(jī)的全稱為塔式起重機(jī)。其機(jī)械部分包括：塔身、套架（框架、平臺(tái)標(biāo)桿、支撐銷及引進(jìn)吊銷等）、塔帽起重臂與拉桿、平衡臂、平衡物、上下轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐等。1.1.1 分類：（一）按結(jié)構(gòu)形式分類分為固定式塔式起重機(jī)、移動(dòng)式塔式起重機(jī)（軌道式塔式起重機(jī)、輪胎式塔式起重機(jī)、汽車式塔式起重機(jī)、履帶式塔式起重機(jī)）、自式塔式起重機(jī)（附著式塔式起重機(jī)、內(nèi)爬式塔式起重機(jī)）。（二）按回轉(zhuǎn)方式分類分為上回轉(zhuǎn)式塔式起重機(jī)（塔帽回轉(zhuǎn)式、塔頂回轉(zhuǎn)式、上回轉(zhuǎn)平臺(tái)式轉(zhuǎn)柱式）和下回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)。還可按變幅方式、專業(yè)性質(zhì)、行走機(jī)構(gòu)、升高方式、起重量方式進(jìn)行分類。1.1.2 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介（一）、變幅機(jī)構(gòu)本機(jī)構(gòu)的卷筒兩端固定有鋼絲繩端頭

7、，當(dāng)變幅小車走在最外端或最里端時(shí)卷筒的兩端都還有3-4圈的鋼絲繩不會(huì)放完，在放在和卷進(jìn)的鋼絲繩之間還有3-4倍鋼絲繩直徑距離的光卷筒，當(dāng)工作一段時(shí)間后鋼絲繩被拉長(zhǎng)而垂量過(guò)大時(shí)可以用變幅小車兩端的螺栓將鋼絲繩收緊，變幅限制最大最小幅度，當(dāng)幅度大于等于25m時(shí)還能限制高速回轉(zhuǎn)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：（二）起升機(jī)構(gòu)，其機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖1-2所示：（三）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖所示：（四）、液壓頂升系統(tǒng)塔機(jī)安裝時(shí)，先將平衡閥、油管、頂升橫梁等與油缸組裝在一起，再與套架連接隨套架安裝。為了防止油缸組件擺動(dòng)，應(yīng)將其臨時(shí)固定。液壓泵站（包括油箱、電機(jī)和閥等），待塔機(jī)其它部件安裝后吊運(yùn)在平臺(tái)上，然后拆除油缸

8、組件與套架的臨時(shí)固定再聯(lián)結(jié)兩根高壓管檢查無(wú)誤后方可試車，先使油缸空載伸縮次數(shù)，檢查有無(wú)異常現(xiàn)象，同時(shí)排除液壓系統(tǒng)內(nèi)的空氣。1.2 塔機(jī)控制要求應(yīng)用背景與需求塔式起重機(jī)是一種循環(huán)、間隙運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，主要用于物料的裝卸，在工業(yè)生產(chǎn)、建筑及物流系統(tǒng)中是不可缺少的設(shè)備，有著廣泛是用途。塔式起重機(jī)是起重機(jī)的一種，由于該類設(shè)備笨重，運(yùn)輸安裝困難，對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)一般要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。由于對(duì)塔式起重機(jī)的檢測(cè)需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，就要求檢測(cè)控制設(shè)備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活，PLC可以滿足這些要求?？傮w的功能要求：吊鉤的起升機(jī)構(gòu)、小車的變幅機(jī)構(gòu)、塔臂的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳感器檢測(cè)電路（霍爾傳感器），塔機(jī)其他的輸入

9、信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用PLC可編程控制器的各個(gè)子程序，執(zhí)行相應(yīng)子程序的各條程序命令，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)對(duì)各自對(duì)象進(jìn)行控制以完成塔機(jī)一個(gè)工作的循環(huán)。1.2.1 升降機(jī)構(gòu)吊鉤的升降機(jī)構(gòu)其工作狀態(tài)分為空載、輕載和重載三種，通過(guò)PLC可編程控制器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行變頻控制以此來(lái)改變塔鉤的升降速度。速度共分為五檔：四檔和五檔對(duì)貨物重量有限制。五檔只適用于空載和額定載重的30%以下重物進(jìn)行高速運(yùn)行。四檔適用于額定載重的50%以下重物進(jìn)行高速運(yùn)行。起升上行、下行命令發(fā)出必須有減速器對(duì)速度進(jìn)行控制。在發(fā)出換檔命令后，不可以馬上進(jìn)行換檔必須經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間的延時(shí)并且起升電機(jī)要完成抱閘。起升上行和起升下行應(yīng)為互

10、鎖。1.2.2變幅機(jī)構(gòu)小車的變幅機(jī)構(gòu)是指小車在卷筒兩端固定鋼絲繩收、放的帶動(dòng)下在塔的前臂進(jìn)行行走，前臂尖端裝有限位開(kāi)關(guān)，接近尾端裝有限力矩開(kāi)關(guān)。它也是通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度控制，調(diào)用PLC子程序來(lái)完成速度的調(diào)頻。其運(yùn)行速度分三檔：二檔要求額定力矩在70%以下的重物使用；三檔速度的載重量在額定載重的50%以下。變幅上行和變幅下行應(yīng)為互鎖。1.2.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指塔臂的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，其具有較大的慣性沖擊、啟動(dòng)不能過(guò)快。停車和反打轉(zhuǎn)都不允許過(guò)快過(guò)急，否則不僅運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)還會(huì)損壞機(jī)構(gòu)。因此采用回轉(zhuǎn)專用減速機(jī)，同時(shí)采用變頻調(diào)速使起、制動(dòng)平穩(wěn)，通過(guò)PLC子程序完成變頻對(duì)電機(jī)速度的改變。1.2.4安全回

11、路當(dāng)安全回路遭到破壞或者有速度報(bào)警時(shí)關(guān)閉變頻器。由于塔式起重機(jī)工作的性質(zhì)是高空作業(yè)，因此對(duì)風(fēng)力也有一定的要求，風(fēng)速達(dá)到6級(jí)變頻器將自動(dòng)關(guān)閉。塔機(jī)在運(yùn)行時(shí)每一檔都需要在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果超過(guò)這一檔規(guī)定值說(shuō)明速度超出允許范圍，產(chǎn)生超速報(bào)警。在起升條件得到滿足的條件下，如果五秒內(nèi)計(jì)數(shù)器沒(méi)有變化，說(shuō)明起升卷筒沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)備有問(wèn)題。在抱閘之后提供2秒延時(shí)，在2秒延時(shí)之后，卷筒仍然轉(zhuǎn)了5圈以上說(shuō)明制動(dòng)有問(wèn)題。2 塔機(jī)的變頻電機(jī)2.1 基本原理一般塔式起重機(jī)的調(diào)速性能是較差的，當(dāng)需要準(zhǔn)確停車時(shí)，司機(jī)只能采取“點(diǎn)車”的操縱方法；如果“點(diǎn)車”次數(shù)很多不但增加了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且由于電器接電次數(shù)和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)次數(shù)增加，而使電器、電動(dòng)機(jī)工作壽命大為縮短，事故增加，維修量增加。有的起重機(jī)對(duì)準(zhǔn)確停車要求較高，必須實(shí)行調(diào)速才能滿足停準(zhǔn)的要求。K80型號(hào)塔式起重機(jī)采用了PLC程序控制以及變頻調(diào)速技術(shù)后準(zhǔn)確調(diào)速要求得以實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速主要原理是利用電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。隨著變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組作為可變頻電源時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方式已不多用，取而代之的時(shí)晶閘管靜止變頻裝置。K80塔機(jī)采用間接變換方式（交直流變頻）。它是把交流電通過(guò)整流器變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器直流電變?yōu)轭l率可變的交流電供給異步電動(dòng)機(jī)。這種方式又分為三種類型：1、電壓型變頻