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      PLC 電控系統(tǒng)在起重機(jī)中的應(yīng)用

      2024-03-22 01:48:18王軼之
      設(shè)備管理與維修 2024年4期
      關(guān)鍵詞:電控起重機(jī)變頻器

      王軼之

      (河北港口集團(tuán)檢測技術(shù)有限公司,河北秦皇島 066000)

      0 引言

      針對現(xiàn)有傳動電控系統(tǒng)諸多缺點(diǎn),新型電控PLC系統(tǒng)在港口起重機(jī)的應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢與方向。PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是,同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。通過技術(shù)人員的不斷對新舊電控系統(tǒng)的分析、調(diào)研、論述等工作,決定將PLC 電控系統(tǒng)運(yùn)用于9 臺輪胎式門式起重機(jī),替代傳動電控系統(tǒng)模式。

      1 通信硬件配備技術(shù)方案

      某港口公司現(xiàn)有9 臺門式起重機(jī),針對門式起重機(jī)三大主要運(yùn)行動作:大車系統(tǒng)行走動作由大車行走變頻器控制2 臺30 kW 變頻電機(jī)驅(qū)動,小車行走系統(tǒng)由小車行走變頻器控制4 臺5.5 kW 變頻電機(jī)驅(qū)動,起升系統(tǒng)運(yùn)行由起升系統(tǒng)變頻器控制一臺132 kW 的變頻器電機(jī)驅(qū)動,設(shè)備整機(jī)設(shè)計(jì)容量為200 kW,具有運(yùn)行動作負(fù)荷能力大、控制保護(hù)功能全等特點(diǎn)。

      2.1 PLC 主、從站系統(tǒng)

      整機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300 系列的PLC 通信系統(tǒng)布置。PLC 通信系統(tǒng)有設(shè)置在起重機(jī)駕駛室內(nèi)配電箱的主站系統(tǒng),通過Profibus 通信電纜經(jīng)過位于主梁接線箱內(nèi)的中繼器,通信信號傳至位于起重機(jī)底梁配線箱內(nèi)的從站模塊,各個動作信號傳送給位于底梁配電箱內(nèi)的大車變頻器、小車變頻器、起升變頻器以及各動作條件運(yùn)行信號元件。并在滿足運(yùn)行條件下,由各自動作的變頻器驅(qū)動電機(jī)來完成各系統(tǒng)的運(yùn)行。

      PLC 主站系統(tǒng)布置在門式起重機(jī)司機(jī)駕駛室內(nèi)電氣柜中,其中:CPU 中央處理器采用6ES7315-2AH14-0AB0 模塊;電源采用型號為6ES7307-1EA00-0AA0模塊;數(shù)字量輸入模塊6 塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0;數(shù)字量輸出模塊采用型號為2 塊6ES7322-1HH01-0AA0;通過型號為6ES7390-1AE80-0AA0 的PLC 導(dǎo)軌將各大模塊組態(tài)傳輸信號。

      PLC 從站系統(tǒng)布置于底梁電氣室內(nèi)部,電氣室內(nèi)電控屏內(nèi)的模塊作為遠(yuǎn)程站點(diǎn),其中:接口模塊采用型號為6ES7153-1AA03-0XB0 的模塊;5 塊數(shù)字量輸入模塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0;2 塊數(shù)字量輸出模塊采用型號為6ES7322-1HH01-0AA0 的模塊,主要處理斷路器、接觸器、熱繼電器和底梁等機(jī)構(gòu)的限位等控制信號,機(jī)上與機(jī)下的各個機(jī)構(gòu)動作以及各種操作信號和檢測指令信號均由PLC 統(tǒng)一處理,硬件組態(tài)如圖1 所示。

      圖1 硬件組態(tài)

      2.2 PLC 主站、從站通信系統(tǒng)

      主站、從站之間的通信信號傳送依靠西門子PLC 通信協(xié)議Profibus 通信電纜,由主站通信DP 模塊接口,通過帶有RS485 的Profibus 通信電纜與從站的通信DP模塊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與交換[1]。由于門式起重機(jī)的長度約23 m,通信電纜自駕駛室引出至底梁配電室的通信長度約為100 m,且由于整機(jī)設(shè)計(jì)容量較大,并與動力電纜并列布置于電纜槽與電纜拖纜槽內(nèi),動力電纜電流會干擾到通信信號,為延展通信信號及增強(qiáng)信號的抗干擾能力,在起重機(jī)主梁接線箱內(nèi)部增設(shè)型號為6ES7972-0AA01-0XA0 的通信Profibus 中繼模塊。

      2.3 PC 終端顯示屏系統(tǒng)

      為增強(qiáng)PLC 系統(tǒng)的運(yùn)行程序信號、電氣系統(tǒng)狀態(tài)、故障的檢測、故障記錄、運(yùn)行指令等可視化,在司機(jī)室內(nèi)部增設(shè)便于設(shè)備操作人員與技術(shù)人員操控的PC終端顯示器。通過PLC 模塊MPI 通信接口及電纜連接PC 終端顯示器,完成便于操控的人機(jī)對話效果,監(jiān)控運(yùn)行界面如圖2 所示。

      圖2 監(jiān)控運(yùn)行界面

      2.4 運(yùn)行程序監(jiān)控電腦

      針對設(shè)備技術(shù)員對PLC 運(yùn)行程序的編制、檢測調(diào)整,在底梁電氣室增設(shè)1 臺工業(yè)電腦,通過Profibus 通信電纜連接與PLC 從站通信模塊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)程序的傳送,將PLC 內(nèi)部運(yùn)行程序通過電腦中的STEP7 編程軟件實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行在線監(jiān)控、程序調(diào)整等功能。

      2.5 PLC 外部數(shù)字信號輸入、輸出系統(tǒng)

      起重機(jī)操作信號是通過外部電氣原器件操作,控制PLC 數(shù)字模塊的輸入模塊的站點(diǎn)。通過CPU 內(nèi)部的梯形圖進(jìn)行邏輯計(jì)算后,通過輸出模塊的站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)外部信號的輸出動作。

      3 PLC 運(yùn)行軟件與程序系統(tǒng)

      利用西門子PLC 編程軟件中的STEP7 軟件,針對程序編程軟件進(jìn)行控制程序的邏輯編制與運(yùn)算處理。

      (1)結(jié)合門式起重機(jī)的使用運(yùn)行動作、條件、輸出等邏輯控制信號,在STEP7 軟件中完成主站、從站、變頻器的參數(shù)設(shè)定與邏輯程序編制。

      (2)將每個單獨(dú)模塊的運(yùn)行程序編制完成后,通過STEP7 通信截面完成PLC 主站、從站、大車行走變頻器站點(diǎn)、小車運(yùn)行變頻器站點(diǎn)、起升運(yùn)行變頻站點(diǎn)組態(tài)至Profibus-DP 通信系統(tǒng)。

      (3)信號輸入、輸出系統(tǒng)。PLC 外部操作設(shè)備傳輸動作信號直接傳送給PLC 數(shù)字量輸入模塊編程完成的信號對應(yīng)數(shù)字量站點(diǎn)。然后PLC 通過內(nèi)部邏輯程序的計(jì)算分析后,通過數(shù)字量信號直接輸出給外部執(zhí)行單元,進(jìn)行動作的運(yùn)行控制(圖3)。

      圖3 控制程序

      4 應(yīng)用情況與實(shí)施情況

      隨著某港口公司業(yè)務(wù)量的不斷增加,新型電控系統(tǒng)的9 臺門式起重機(jī)自全部投入使用,整體電氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好。PLC 電控系統(tǒng)具有自檢系統(tǒng)完善、信號傳輸穩(wěn)定可靠、故障率低、故障處理效率高等優(yōu)點(diǎn),PLC 電控系統(tǒng)使得起重機(jī)操作人員在操作設(shè)備的過程中,通過PC 顯示器,實(shí)時了解起重機(jī)的擋位運(yùn)行狀態(tài)、車輛速度運(yùn)行狀態(tài)、各分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等檢測。更加便于設(shè)備的操作,提高設(shè)備的運(yùn)行可靠度、安全度等優(yōu)點(diǎn),從而更容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)完美配合的狀態(tài)[2]。

      (1)設(shè)備日常點(diǎn)檢與計(jì)劃檢修過程。由于PLC 可以通過內(nèi)部的檢測進(jìn)行自行檢測整個的電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備操作人員可以通過PC 顯示器與檢測運(yùn)行按鈕,快速掌握起重機(jī)整機(jī)的運(yùn)行程序的正常與否。

      (2)在設(shè)備的故障處理方面。針對PLC 系統(tǒng)具有超強(qiáng)的自測故障的功能與故障復(fù)位功能,PLC 系統(tǒng)主站與從站之間是通過一根Profibus 通信電纜由高空的小車系統(tǒng)直接通信到設(shè)備的底梁電氣系統(tǒng)的從站室內(nèi),運(yùn)行安全、可靠性非常高、故障率大大降低,大幅提升起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使用率。PLC 控制采用集成化控制,各斷路器、接觸器、熱繼電器、底梁機(jī)構(gòu)的限位等操作信號和檢測指令信號均由PLC 系統(tǒng)統(tǒng)一處理,對于電控系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算控制方面不受到外部因素的任何影響。針對各站點(diǎn)之間的信號傳送的抗干擾能力,主要是通過PLC 通信電纜帶有抗干擾屏蔽層與信號中繼器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信號的抗干擾性能,使得起重機(jī)整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性極大的提升[3]。

      (3)備品備件庫存與損耗減少。相對與傳統(tǒng)的電控系統(tǒng),主要是各繼電器、接觸器、熱繼電器、限位器等電氣原件的通斷來實(shí)現(xiàn)電氣控制,新型起重機(jī)電控系統(tǒng)采用PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢之一,在于復(fù)雜的電氣原理主要是利用PLC 的CPU 模塊內(nèi)部邏輯程序進(jìn)行高速的計(jì)算與分析進(jìn)行指令的控制。使得PLC 外部電氣原件的故障降低、庫存?zhèn)浼亢透鼡Q外部電氣原件的工作量減少,大幅減輕設(shè)備一線的設(shè)備管理工作量[4]。

      5 結(jié)束語

      新型電控系統(tǒng)PLC 技術(shù)應(yīng)用于門式起重機(jī)的運(yùn)行成功,使得起重機(jī)設(shè)備在日常吊裝貨物過程自動化與智能化程度更高、電控信號通信更穩(wěn)定、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更加安全、設(shè)備性能提高。新型電控系統(tǒng)門式起重機(jī)在貨物的吊裝業(yè)務(wù)中,能夠全面提升門式起重機(jī)貨物的吊裝效率、作業(yè)安全性。使得該港口公司的吊裝設(shè)備技術(shù)一直能夠引領(lǐng)周邊物流吊裝業(yè),并不斷引來周邊物流企業(yè)的技術(shù)人員的學(xué)習(xí)與效仿。先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)不斷的贏得更多前來合作的鋼材客戶,營業(yè)收入穩(wěn)步提升,綜合服務(wù)水平顯著提高,新型電控系統(tǒng)PLC 系統(tǒng)應(yīng)用于門式起重機(jī)中的成功使得設(shè)備性能、作業(yè)安全、吊裝效率提高,營業(yè)收入增多,運(yùn)行成本降低,使得該公司在物流吊裝行業(yè)符合市場化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展節(jié)奏,具備更高的市場競爭力。

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