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

　　關(guān)鍵詞: 對(duì)箱? 零速保持? 鏈?zhǔn)?/a>制動(dòng)

驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)上測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓信號(hào)作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào),交流電流互感器的電流信號(hào)作為電流反饋信號(hào)。同時(shí),驅(qū)動(dòng)器將反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),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(cè)后送給PLC高速計(jì)數(shù)模塊。因此,PLC有2個(gè)檢測(cè)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(dòng)器的控制接口如圖1所示,有關(guān)的重要控制信號(hào)均采用屏蔽線。

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　　圖1中的主要信號(hào)為:

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

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

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

　　K1:驅(qū)動(dòng)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(dòng)器準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出給PLC,表示驅(qū)動(dòng)器可以工作。

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

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

2? 零速保持的作用

2.1 驅(qū)動(dòng)器時(shí)序判斷

　　驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)序如圖2所示。其中:ng為主令速度信號(hào),nf為電機(jī)反饋測(cè)量速度,Ia為電機(jī)電流值;T1為主令動(dòng)作到驅(qū)動(dòng)器調(diào)速開始時(shí)間,T2為驅(qū)動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)完成時(shí)間。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)序,PLC程序相應(yīng)地進(jìn)行邏輯判斷和控制。

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　　下面簡(jiǎn)要描述PLC程序控制驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)序。

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

　　(2)PLC接收到Ready信號(hào)后,在其他工況條件允許時(shí)向驅(qū)動(dòng)器輸出RUN信號(hào)。然后驅(qū)動(dòng)器根據(jù)RUN、FWD信號(hào)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(dòng)作信號(hào)后,在動(dòng)作條件允許時(shí),送出FWD信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器。

　　(4)驅(qū)動(dòng)器在收到FWD信號(hào)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(dòng)器可以松開信號(hào)。

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

　　(6)驅(qū)動(dòng)器接收到制動(dòng)器已松開的信號(hào)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(duì)該時(shí)序的判斷主要是對(duì)制動(dòng)控制的動(dòng)作前后的電流變化的判斷。松開制動(dòng)器前,電流應(yīng)大于一設(shè)定值,否則不能松開制動(dòng)器。制動(dòng)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(dòng)。而在制動(dòng)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(dòng)器控制電機(jī)運(yùn)行直至人能觀察到吊具運(yùn)動(dòng),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(hào)送到PLC后,PLC檢測(cè)所有條件是否滿足,然后控制FWD給驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序,主令動(dòng)作至人為觀察到有動(dòng)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(lái)一定的困難。司機(jī)在對(duì)箱時(shí),一要移動(dòng)小車跟蹤吊具,二要控制吊具落下時(shí)機(jī),否則錯(cuò)過時(shí)間,對(duì)箱將要失敗。為避免由于驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作帶來(lái)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(hào)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(dòng)作,驅(qū)動(dòng)器將直接根據(jù)PLC送出的速度給定動(dòng)作,此時(shí)吊具的動(dòng)作將會(huì)是立即反應(yīng)。這樣,對(duì)箱操作的效率有很大提高,因作業(yè)效率主要取決于對(duì)箱速度,所以,對(duì)箱時(shí)間的縮短會(huì)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(huì)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(duì)箱時(shí)在停止/動(dòng)作之間頻繁操作中,減少了制動(dòng)器頻繁動(dòng)作次數(shù),從而大大降低了制動(dòng)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(dòng)器建立防溜電流的時(shí)間,使得驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)驅(qū)動(dòng)器的工作是有利的。

3?制動(dòng)控制方式

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

　　驅(qū)動(dòng)器工作中,由于工況變化頻繁,制動(dòng)器也頻繁動(dòng)作。如何控制電機(jī)的制動(dòng),不僅影響電機(jī)和制動(dòng)器的效率和壽命,而且對(duì)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?dòng):(1)邏輯判斷制動(dòng);(2)電氣制動(dòng);(3)機(jī)械制動(dòng);(4)位置反饋判斷制動(dòng);(5)零速錯(cuò)誤制動(dòng)構(gòu)成鏈?zhǔn)街苿?dòng)的控制技術(shù)。其工作情況如下。

3.1 邏輯判斷控制制動(dòng)

　　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(dòng):

　　(1)驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)序與正常情況不一致。

　　(2)驅(qū)動(dòng)器若出現(xiàn)不正常故障則由PLC控制制動(dòng)。

　　(3)一旦出現(xiàn)電機(jī)失速,立即制動(dòng)。

3.2 驅(qū)動(dòng)器的反饋制動(dòng)

　　主令動(dòng)作中頻繁地出現(xiàn)加減速和反向動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)指令和當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)自動(dòng)控制可控硅的觸發(fā)信號(hào)。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(dòng)器自動(dòng)控制反向可控硅的導(dǎo)通,并根據(jù)設(shè)定的最大制動(dòng)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(dòng)。

3.3 驅(qū)動(dòng)器給出的機(jī)械制動(dòng)信號(hào)

　　當(dāng)指令為零時(shí),驅(qū)動(dòng)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(dòng),等到電機(jī)轉(zhuǎn)速接近零(2%的額定轉(zhuǎn)速)時(shí),驅(qū)動(dòng)器輸出制動(dòng)邏輯信號(hào),由PLC控制電機(jī)機(jī)械抱閘制動(dòng)。在抱閘信號(hào)確認(rèn)后,驅(qū)動(dòng)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(dòng),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(dòng)器的機(jī)械位置,一旦與要求不一致,立即控制制動(dòng)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(dòng)控制。在給出制動(dòng)信號(hào)并制動(dòng)機(jī)械到位后,如果仍然出現(xiàn)上述零速錯(cuò)誤,則PLC將控制制動(dòng)電源斷開以保證制動(dòng)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。

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　　框圖中HMR信號(hào)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(dòng)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(dòng)器會(huì)回到制動(dòng)狀態(tài),此后,主令從停止到運(yùn)行,驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速控制必須等到松開制動(dòng)控

制的時(shí)序完成?？刂浦苿?dòng)的PLC信號(hào)是FWD信號(hào),驅(qū)動(dòng)器信號(hào)是DK1信號(hào)。

　　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(duì)手柄指令進(jìn)行限速處理后,向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣冉o定信號(hào)。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(hào)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(dòng),從而保證零速保持的安全。

5? 結(jié)束語(yǔ)

　　岸邊集裝箱裝卸橋在實(shí)際對(duì)箱中可能會(huì)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(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)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(duì)箱時(shí)間并能保證起升安全。系統(tǒng)實(shí)際使用兩年多,對(duì)箱效率高,安全可靠,用戶反映良好。

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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(guó)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