摘??要: 采用9030PLC對岸邊集裝箱裝卸橋控制系統(tǒng)起升控制對箱操作時(shí)采用零速保持功能的實(shí)現(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞: 對箱? 零速保持? 鏈?zhǔn)?/a>制動

驅(qū)動器和電機(jī)構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電動機(jī)上測速發(fā)電機(jī)的電壓信號作為轉(zhuǎn)速反饋信號,交流電流互感器的電流信號作為電流反饋信號。同時(shí),驅(qū)動器將反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號,通過模擬量接口送給PLC,起升電機(jī)轉(zhuǎn)速和吊具高度采用編碼器檢測后送給PLC高速計(jì)數(shù)模塊。因此,PLC有2個(gè)檢測起升電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸入,可以相互比較判斷以提高系統(tǒng)的可靠性。

　　PLC系統(tǒng)與驅(qū)動器的控制接口如圖1所示,有關(guān)的重要控制信號均采用屏蔽線。

?

?

　　圖1中的主要信號為:

　　ng:PLC的0～±10V模擬量輸出,作為驅(qū)動器的轉(zhuǎn)速給定輸入。

　　RUN、LI1、LI2、LI3、LI4:分別為驅(qū)動器運(yùn)行信號、復(fù)位、制動、轉(zhuǎn)向和起升/大車切換控制信號。

　　nf:電機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號,由測速發(fā)電機(jī)提供。

　　K1:驅(qū)動器控制電機(jī)松開機(jī)械剎車的輸出,作為PLC的輸入。

　　K2:驅(qū)動器準(zhǔn)備就緒信號輸出給PLC,表示驅(qū)動器可以工作。

　　AO1:驅(qū)動器檢測到的電機(jī)速度信號(0～±10V),作為PLC的模擬量輸入。

　　AO2:驅(qū)動器檢測到的電樞電流信號(0～±10V),作為PLC的模擬量輸入。

2? 零速保持的作用

2.1 驅(qū)動器時(shí)序判斷

　　驅(qū)動器的動作時(shí)序如圖2所示。其中:ng為主令速度信號,nf為電機(jī)反饋測量速度,Ia為電機(jī)電流值;T1為主令動作到驅(qū)動器調(diào)速開始時(shí)間,T2為驅(qū)動器加速斜坡設(shè)定時(shí)間,T3為設(shè)定速度的運(yùn)行時(shí)間,T4是減速斜坡設(shè)定時(shí)間,T5為斜坡結(jié)束后到制動器制動完成時(shí)間。根據(jù)驅(qū)動器的動作時(shí)序,PLC程序相應(yīng)地進(jìn)行邏輯判斷和控制。

?

?

　　下面簡要描述PLC程序控制驅(qū)動器的動作時(shí)序。

　　(1)驅(qū)動器通電,準(zhǔn)備就緒后將驅(qū)動器已準(zhǔn)備好信號(Ready)傳給PLC。

　　(2)PLC接收到Ready信號后,在其他工況條件允許時(shí)向驅(qū)動器輸出RUN信號。然后驅(qū)動器根據(jù)RUN、FWD信號控制晶閘管觸發(fā)角,控制電機(jī)運(yùn)行。

　　(3)PLC接收到起升主令的動作信號后,在動作條件允許時(shí),送出FWD信號給驅(qū)動器。

　　(4)驅(qū)動器在收到FWD信號后,首先控制可控硅工作,實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的起升電流給定的定值控制,在建立好起升電流后向PLC輸出,制動器可以松開信號。

　　(5)PLC根據(jù)驅(qū)動器的制動松開信號和對起升電流的判斷進(jìn)行工作。如認(rèn)為松開制動的條件成立時(shí),則控制起升電機(jī)的制動器松開,并將制動器的狀態(tài)反饋給驅(qū)動器。

　　(6)驅(qū)動器接收到制動器已松開的信號后開始斜坡加速計(jì)算,電機(jī)進(jìn)入調(diào)速階段。

　　程序中對該時(shí)序的判斷主要是對制動控制的動作前后的電流變化的判斷。松開制動器前,電流應(yīng)大于一設(shè)定值,否則不能松開制動器。制動器保持松開狀態(tài)時(shí),穩(wěn)定電流值不能持續(xù)小于一設(shè)定值,否則認(rèn)為控制失效,立即制動。而在制動狀態(tài),電流應(yīng)為零,否則認(rèn)為故障。從PLC給出FWD到驅(qū)動器控制電機(jī)運(yùn)行直至人能觀察到吊具運(yùn)動,所用時(shí)間達(dá)2秒多。

2.2 零速保持

　　實(shí)際操作中,司機(jī)控制主令離開停止位,運(yùn)行信號送到PLC后,PLC檢測所有條件是否滿足,然后控制FWD給驅(qū)動器。根據(jù)上述驅(qū)動器的時(shí)序,主令動作至人為觀察到有動作,期間有2~3秒的時(shí)間停滯段,這段時(shí)間給司機(jī)操作帶來一定的困難。司機(jī)在對箱時(shí),一要移動小車跟蹤吊具,二要控制吊具落下時(shí)機(jī),否則錯過時(shí)間,對箱將要失敗。為避免由于驅(qū)動器動作帶來的延時(shí),PLC程序中設(shè)有零速保持功能,即在起升停止時(shí),FWD信號并未消失,而是延時(shí)一小段時(shí)間,速度保持為零。如在該段時(shí)間內(nèi),起升主令又有動作,驅(qū)動器將直接根據(jù)PLC送出的速度給定動作,此時(shí)吊具的動作將會是立即反應(yīng)。這樣,對箱操作的效率有很大提高,因作業(yè)效率主要取決于對箱速度,所以,對箱時(shí)間的縮短會使得作業(yè)效率得到大幅提高。

　　由于起升電機(jī)均采用強(qiáng)迫風(fēng)冷,所以控制零速保持不會使電機(jī)在轉(zhuǎn)速為零時(shí)因電樞通過大電流而發(fā)熱。同時(shí)由于保持了零速,司機(jī)對箱時(shí)在停止/動作之間頻繁操作中,減少了制動器頻繁動作次數(shù),從而大大降低了制動器的故障。因?yàn)殡姍C(jī)在零速保持中始終有電流流過電樞,在加、減速過渡過程中,省掉了驅(qū)動器建立防溜電流的時(shí)間,使得驅(qū)動器控制電機(jī)加減速時(shí)間縮短。同時(shí)電流的變化比松制動后的加速產(chǎn)生的電流變化要小得多,可控硅出發(fā)角的變化也要平滑得多,這對驅(qū)動器的工作是有利的。

3?制動控制方式

　　由于零速保持是在電機(jī)停止而制動器保持松開狀態(tài)時(shí),所以程序中對制動的控制要求更加可靠,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了鏈?zhǔn)街苿右员ＷC控制系統(tǒng)的安全。

　　驅(qū)動器工作中,由于工況變化頻繁,制動器也頻繁動作。如何控制電機(jī)的制動,不僅影響電機(jī)和制動器的效率和壽命,而且對系統(tǒng)的安全構(gòu)成極大的影響。根據(jù)實(shí)際工作情況,運(yùn)行中采用如下的鏈?zhǔn)街苿?(1)邏輯判斷制動;(2)電氣制動;(3)機(jī)械制動;(4)位置反饋判斷制動;(5)零速錯誤制動構(gòu)成鏈?zhǔn)街苿拥目刂萍夹g(shù)。其工作情況如下。

3.1 邏輯判斷控制制動

　　PLC程序根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行判斷,當(dāng)出現(xiàn)下列不正常情況時(shí)實(shí)施制動:

　　(1)驅(qū)動器的動作時(shí)序與正常情況不一致。

　　(2)驅(qū)動器若出現(xiàn)不正常故障則由PLC控制制動。

　　(3)一旦出現(xiàn)電機(jī)失速,立即制動。

3.2 驅(qū)動器的反饋制動

　　主令動作中頻繁地出現(xiàn)加減速和反向動作,驅(qū)動器可根據(jù)指令和當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)自動控制可控硅的觸發(fā)信號。當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí),控制主令減速或停車或反向運(yùn)行,驅(qū)動器自動控制反向可控硅的導(dǎo)通,并根據(jù)設(shè)定的最大制動電流值和減速時(shí)間的要求控制導(dǎo)通角,使電流流回電網(wǎng),完成反饋制動。

3.3 驅(qū)動器給出的機(jī)械制動信號

　　當(dāng)指令為零時(shí),驅(qū)動器判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速是否回零。如轉(zhuǎn)速較高,則進(jìn)行反饋制動,等到電機(jī)轉(zhuǎn)速接近零(2%的額定轉(zhuǎn)速)時(shí),驅(qū)動器輸出制動邏輯信號,由PLC控制電機(jī)機(jī)械抱閘制動。在抱閘信號確認(rèn)后,驅(qū)動器控制晶閘管關(guān)斷。如減速時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間,PLC立即控制制動,使電機(jī)停止運(yùn)行。

3.4 機(jī)械位置判斷及控制

　　運(yùn)行中和停車控制時(shí),不斷地判斷制動器的機(jī)械位置,一旦與要求不一致,立即控制制動電源關(guān)斷。

3.5 零速失敗

　　在零速保持中,PLC根據(jù)編碼器的計(jì)數(shù)值判斷電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn),如出現(xiàn)速度不在零速范圍內(nèi)或編碼器位置變化超過設(shè)定值(該值很小),PLC將判斷出零速保持功能失敗并立即給出制動控制。在給出制動信號并制動機(jī)械到位后,如果仍然出現(xiàn)上述零速錯誤,則PLC將控制制動電源斷開以保證制動的有效。

4?有關(guān)PLC程序的設(shè)計(jì)

　　控制起升零速保持的PLC程序流程如圖3所示。

?

?

　　框圖中HMR信號是起升運(yùn)行的先決條件。在條件具備后,為判斷是否零速保持的條件,應(yīng)判斷主令是否從運(yùn)行搬到停止并在延時(shí)時(shí)間內(nèi)。如在該延時(shí)時(shí)間內(nèi),主令再次從停止到運(yùn)行,制動器將保持原松開狀態(tài);如停止時(shí)間大于零速設(shè)定時(shí)間,制動器會回到制動狀態(tài),此后,主令從停止到運(yùn)行,驅(qū)動器的調(diào)速控制必須等到松開制動控

制的時(shí)序完成?？刂浦苿拥腜LC信號是FWD信號,驅(qū)動器信號是DK1信號。

　　當(dāng)起升正常運(yùn)行時(shí),PLC程序根據(jù)當(dāng)前的位置和運(yùn)行狀況對手柄指令進(jìn)行限速處理后,向驅(qū)動器發(fā)出一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣冉o定信號。例如當(dāng)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行并上升到某一高度達(dá)到上升減速區(qū)時(shí),或吊具上的負(fù)載超過一定重量時(shí),PLC程序?qū)⑹直噶钕拗圃谀车蜋n速度上(雖然實(shí)際手柄指令可能在較高的速度檔上);當(dāng)起升高度達(dá)到上升停止位時(shí),上升速度將限制為零,但下降速度不受限制。在零速保持控制中,PLC將根據(jù)零速失敗信號判斷轉(zhuǎn)速是否正常,同時(shí)PLC監(jiān)視起升電流值。零速電流應(yīng)與開始吊起集裝箱時(shí)得到的稱重電流基本一致。如出現(xiàn)電流偏差超過設(shè)定范圍,則取消零速保持并立即制動,從而保證零速保持的安全。

5? 結(jié)束語

　　岸邊集裝箱裝卸橋在實(shí)際對箱中可能會受到各種因素的影響。如果不全面考慮并采取預(yù)防措施,會給安全生產(chǎn)帶來隱患。本文介紹的系統(tǒng)由于采用了上述設(shè)計(jì)思想,有效地減少了對箱時(shí)間并能保證起升安全。系統(tǒng)實(shí)際使用兩年多,對箱效率高,安全可靠,用戶反映良好。

?

參考文獻(xiàn)

1?? 顧戰(zhàn)松.可編程控制器原理與應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社,1996

2?? 陳春雨.可編程序控制器應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)方法與技巧.北京:電子工業(yè)出版社,1992

3?? 魏志精.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,1995

4?? 陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧.廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999