門式起重機的智能控制系統(tǒng)分析

雷勇利

摘要：在傳統(tǒng)的起重機電控制系統(tǒng)中，通常通過渦流制動器進行調(diào)速、改變電機的極對數(shù)進行調(diào)速、轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速這3種不同的方式實現(xiàn)速度的切換。盡管其可以取得一定的經(jīng)濟效益，但是在實際的運作過程中不僅可靠性以及安全性無法得到有效保障，而且運行控制操作效率十分低下。

關(guān)鍵詞：門式起重機；智能控制系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號TH2 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0224-02

通常情況下，由于傳統(tǒng)的門式起重機在運作過程中浪費了大量的電能資源，與此同時，經(jīng)常出現(xiàn)運行故障，再加上操作過程的運行效益極低。因此，針對這一不良狀況，本文希望重點通過對門式起重機的智能控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，從而克服傳統(tǒng)門式起重機的弱點，實現(xiàn)對其智能化操作與控制，不斷提高其運行效率。

1.門式起重機的智能控制系統(tǒng)總體優(yōu)化設(shè)計方案分析

文章在對門式起重機的智能控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方案進行研究時，主要將50t的門式起重機作為重點研究對象，該門吊的實際跨度為36m，起升機構(gòu)的起升鉤速大約在1.2m/min～12m/min之間，其中3.6m/min～38m/min為小車的實際運行速度，10m/min～58m/min為大車的實際運行速度。如表1相關(guān)參數(shù)為該門式起重機各個不同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電機數(shù)量以及型號和相關(guān)的參數(shù)。

因此，本文在優(yōu)化設(shè)計過程中，主要結(jié)合門式起重機的起升機構(gòu)以及大車結(jié)構(gòu)的相關(guān)控制系統(tǒng)展開分析設(shè)計。在優(yōu)化設(shè)計時，主要采用的變頻自動化控制系統(tǒng)設(shè)備為西門子生產(chǎn)的S7-300系列設(shè)備，通過將這一智能化控制設(shè)備設(shè)計于該門式起重機的控制柜部位，從而建立主站，并將其作為起重機的自動化控制中心。

與此同時，設(shè)計方案在優(yōu)化設(shè)計過程中，著重將鉤載傳感器和速度編碼器以及其他低壓控制元件引入了速度編碼器中，由此這些相關(guān)的運行組件共同構(gòu)成了該門式起重機的智能化控制系統(tǒng)。除此之外，將現(xiàn)場總線Profibus搭建在系統(tǒng)的從站以及主站之間，然后現(xiàn)場總線Profibus的通信距離擴展主要利用中繼器來操作，具體設(shè)計方案架構(gòu)圖如圖1所示。

2.門式起重機智能控制系統(tǒng)的硬件配置分析

2.1門式起重機智能控制系統(tǒng)變頻器的設(shè)備選型

在系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，通過增設(shè)一種PID自動化調(diào)節(jié)控制裝置，使其充分發(fā)揮良好的PWM柔性控制作用，有效降低了系統(tǒng)設(shè)備在運行過程中的噪音。為了保證系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備能夠進行良好的數(shù)據(jù)信息通信，主要采用CANopen通信總線運行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及Modbus通信總線運行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，從而確保現(xiàn)場工業(yè)總線能夠進行科學(xué)搭建。除此之外，該總體優(yōu)化設(shè)計方案還支持PROFIBUS1）P以及EtherNet/IP通信總線運行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2.2門式起重機智能控制系統(tǒng)的模塊選型設(shè)計分析

在對智能化控制系統(tǒng)進行模塊化選型過程中，依然采用西門子生產(chǎn)的具體型號為S7-300系列的PLC自動化控制裝置設(shè)備，并將CPU315-2DP作為該系統(tǒng)主站的CPU運行模塊，然后結(jié)合該系統(tǒng)的實際運行模擬量以及系統(tǒng)運行時實際需要的數(shù)字量輸入輸出點數(shù)。在此優(yōu)化設(shè)計過程中，主要考慮到D0/D0點數(shù)具有10%以上的冗余數(shù)據(jù)量，因此增設(shè)相應(yīng)的數(shù)字量輸入輸出模塊SM323以及計數(shù)模塊FM350、模擬量輸出/輸入模塊SM332/SM331。此外，系統(tǒng)的從站模塊SIMATICET200M（IMl53-1）以及PS307 2A電源和數(shù)字量輸入模塊SM321DI 16XCC24V 16、從站以及主站、人機交互界面共同構(gòu)成了系統(tǒng)從站的單元硬件模塊，從而展開良好的數(shù)據(jù)通信傳輸。

2.3門式起重機智能控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)計分析

本設(shè)計方案主要采用光電編碼器對電機實際轉(zhuǎn)速進行科學(xué)測量，點光源發(fā)出的光在透視鏡的折射之下變?yōu)槠叫泄馐缓筮@些平行光束會通過碼盤以及光柵照射于光敏接收裝置中。電動機運行過程中，電機會與與其同軸的碼盤一同展開穩(wěn)定運行，當(dāng)碼盤在轉(zhuǎn)動過程中，光信號對光敏接收器的照射必然會受到電機以及同軸碼盤轉(zhuǎn)動的遮擋。通常情況下，碼盤中的孔洞大小相同以及具有標準的間距，所以光信號會按照一定的運行周期在光敏接收裝置中進行照射。

因此，在本設(shè)計優(yōu)化方案中，光電編碼器返回的脈沖信號采集模塊，主要選用FM350-1這一運行單元來實現(xiàn)，通過頻率法對系統(tǒng)相關(guān)的物理運動量進行科學(xué)計算分析，從而最終得出電機的具體運行參數(shù)值。在采用頻率法進行計算分析時，主要通過在特定運行監(jiān)測時間間隔內(nèi)，采用光電編碼器返回的脈沖電信號方波數(shù)量將電機的實際轉(zhuǎn)速有效還原，具體的運行計算公式如下所示：

w=（2π×1/T1×C1）/e

其中，在上式中，電機的實際轉(zhuǎn)速采用w（rad/s）進行表示，在特定的采集周期內(nèi)的脈沖束采用c1表示，在特定采集周期內(nèi)的脈沖束采集實際周期采用T1進行表示。而本次優(yōu)化設(shè)計方案制定過程中，通過將計數(shù)周期設(shè)置為0.1s，因此光電編碼設(shè)備每轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)采用e進行科學(xué)表示；而本設(shè)計方案在仿真模擬實驗過程中，所采用的光電編碼裝置每轉(zhuǎn)動一圈總共產(chǎn)生約1024個脈沖。因此，通過具體的運行計算公式w=（2π×1/T1×C1）/e可以計算得到龍門式起重機智能控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器實際的運行速度值為w二（6.133×10×C1）tad/s-1。

3.結(jié)論

綜上所述，文章通過對門式起重機的智能控制系統(tǒng)進行科學(xué)分析，在對傳統(tǒng)運行設(shè)備研究的基礎(chǔ)上，提出了一種現(xiàn)代化的門式起重機智能控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案，從而大大提升了系統(tǒng)相關(guān)運行設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性，同時提高了龍門式起重機的操作控制效率。