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軌道式集裝箱門式起重機電氣控制系統研究
時間：2022-03-02來源：起重機廠家瀏覽次數：190
水運科學研究所學報軌道式集裝箱門式起重機電氣控制系統研究程新風張德文宋志國梁熠統的三層功能――執行、控制、監視；并介紹了變頻調速應用在起重機上的優點。
本機用于水運所試驗基地堆場上的集裝箱裝卸作業試驗，采用雙主梁、雙懸臂、帶斜拉桿的橋架結構，主結構為整體雙對稱形式。橋架跨中可堆碼8列集裝箱，并留有1列拖掛車通道；兩側懸臂可通過2列拖掛車。集裝箱吊具可越過4層箱垛并堆裝第5層集裝箱（箱高9英尺6英寸）。
（吊鉤橫梁下）；滿載吊具升降速度：25m/min空載吊具升降速度：50m/min滿載吊鉤橫梁升降速度：16m/min小車速度：120m/min模擬岸邊集裝箱起重機、集裝箱門式起重機裝卸作業工藝，開展單機性能試驗及作業效率研究；集裝箱機械的技術性能及參數的檢測試驗；電氣驅動和控制性能試驗和檢測；集裝箱吊具作業技術及工作性能試驗；集裝箱裝卸機械操作人員操作技術的模擬培訓。
2電氣系統原理與組成本機電氣系統的主要組成部分有：安川變頻器（VS-616G5型）、通用電氣可編程控制器（GE-9d3Q）、研祥工換機，上位監控軟件iFix2.6以及Digital公司的GP觸摸屏。整個系統分三個層次：執行層、控制層、監視層。
本機由司機室操作臺集中對起升機構、小車運行機構、大車運行機構、頂規器、集裝箱吊具伸縮、轉鎖、導板等進行操作控制。根據作業工況的要求，起升機構和小車運行機構、小車運行機構和大車運行機構可以同時運行。
2.1執行層執行層：主要由變頻器實現對電機速度的調節與控制。電氣驅動系統框圖如所示。
輔助動力，照明起升機構采用一臺變頻電機驅動，電機功率為200KW，轉速為980/1960ipm，額定電流為370A，起升變頻器選用616G5A4330，額定輸出電流為605A，帶PG-B2卡，選用閉環矢童控制模式，速度控制范圍是1：1000.系統具有足夠的調速硬度和良好的低能轉矩特性，在Hz電機能以150%額定轉矩輸出，50Hz以下實現恒轉矩調速，50Hz以上實現恒功率調速。
起升機構屬于位勢負荷，即負荷力矩的方向始終一致，因此驅動器除提供滿足負荷上升和下降的方向運行力矩外，在制動器打開時，以及在整個減速停車過程中，都要提供足以維持負荷重量的力矩。在每一次起動時（不論上升還是下降），變頻器根據對電動機的自適應檢測出所必須提供的力矩，提供出一個狀態化適當的電流給電動機，如果變頻器讀到反饋的電流，則制動器釋放、打開；如果變頻器讀不到反饋電流，則認為力矩檢測失敗，并提供有關的信息顯不。
低速制動是所有調速機構的共同特點。實際速度的反饋是通過旋轉編碼器將速度反饋至變頻器，變頻器將速度的轉換值用通信的形式傳遞至PLC，然后控制制動器的動作，在速度減至接近于零時，發出制動指令，保證了機構在篼速運行及制動過程中的平穩，沒有任何沖擊負荷的效應。
恒功率調速是起升機構進行篼效節能、廣泛應用的控制方式，即在重載時，保持在電動機基速以下的*大恒轉矩運行；而在輕載或空載時，利用電動機高速低轉矩輸出的特性，根據負荷大小所應提供的轉矩弱磁提高轉速，保持功率恒定，以提高起重機的使用效率。該起重機的*高轉速是基速的兩倍，即頻率輸出為（KlOOHz.負荷的檢測是根據提供電流的大小，通過數據通信由變頻器傳至PLC，然后經過計算比較得出向變頻器發出的速度給定指令。
大車運行機構采用四臺變頻電機驅動，功率4X11KW，轉速為970rpm，額定電流為104A，與起升機構共用一臺變頻器，采用不帶速度反饋的矢童控制方式，即開環矢量控制方式，其速度控制范圍為1：100，1Hz時啟動轉矩達150%.小車運行機構采用兩臺變頻電機驅動，功率為2X37KW，轉速為1500ipm，額定電流為140A，變頻器選用616G5A4100，帶PG-B2卡，選用閉環V/f控制方式。其速度控制范圍為1：100，1Hz時啟動力矩可達150%.吊具系統采用一臺吊具栗驅動，主要動作有吊具伸出、吊具縮回、旋鎖打開、旋鎖閉合；吊具泵啟動后，根據操作信號，開閉相應的電磁閥。
2.2控制層控制層由PLC及工業控制網絡組成，通過PLC程序實現系統的安全保護和運行控制。控制系統框圖見。
電氣室工控機司機室觸摸屏PLC系統主要由電源模塊、CPU模塊、Genius通訊模塊、ProfiBus通訊模塊、高速計數模塊、A0模塊、DI/DO模塊、遠程模塊組成。按所處位置分為本地站、操作臺、大車箱、吊具箱、變頻器等五部分。
CPU模塊負責PLC系統本身的自動管理、輸入采集、程序處理、輸出刷新。
Genius模塊通過屏蔽電纜與遠程站的FieldControlUnit模塊相連完成Genius通訊，通訊波特率為153.6Kb/s（各遠程站中配有FieldControlUnit模塊，負責所在遠程站各模塊的地址配置二信號定義、與主站的通訊）。
Profibus模塊通過屏蔽電纜與變頻器SI-P卡相連完成PLC與變頻器之間的通訊，變頻器的所有數據，包括各項指令信息、狀態信息等，都可以通過數據通信網絡進行傳遞。
該起重機的每一臺變頻器上都配備有SIP ，負責與PLC的通訊、變頻器站號通過SI-P卡上的兩個開關設定。兩者的通訊需要安川變頻器的GSD文件引導，該文件的配置在PLC的硬件配置文件中設定。
高速計數模塊與脈沖發生器相連，采集各電機的實時速度。
AI/AO/DI/DO模塊是各現場電氣元件與CPU之間聯系的橋梁，AI/DI用于接收和采集外設輸入信號并將其轉化成CPU能接受和處理的數據。AO/DO模塊將CPU的輸出控制信息轉換成外設所需要的控制信號去驅動執行機構。
PLC通過CPU364上的以太網口與工控機相連，采用TCP/IP通訊協議與上位監控軟件進行數據交換。通過電源模塊上的串口與司機室觸摸屏相連，采用SNP協議將數據傳給觸摸屏監控軟件。
2.3監視層電氣室裝有工控機和iFk圖形控制軟件，實時動態顯示起重機各運行機構的運行狀態，并實時顯示電機速度、起重量等參數；司機室放置GP2301工業觸摸屏，實時顯示各電氣元部件狀態。
為了方便用戶對設備的使用、維修和管理，該起重機具有完善的上位監控系統和故障報警顯示器。監控系統的硬件就是一臺上位計算機，通過以太網卡與PLC進行數據通信；其軟件平臺為iFix2.6人機界面軟件。起重機調試界面如所示。
該起重機的主要作業機構為起升、小車和大車機構，而起升和小車構成的立體作業運行過程為監控系統提供了一個很好的二維動態顯示畫面。該監控系統可以動態模擬起重機的作業狀況，包括起升、小車機構運行的動畫模擬。其中起升和小車的移動位置和速度是根據PLC所提供的計算位置和速度而得到的，并伴有數值顯示。
起重機在運行過程中可能發生的故障，都可由上位系統進行監視、存儲及打印。當某一故障發生時，進入警報記錄看器，即可看到歷史上所發生的故障、警報的內容和時間、日期。
起重機的調試或維護工程師，都希望能在設備運行過程中，對各機構的轉速、電流、力矩等參數進行實時狀態監視。而監控系統具有這種以曲線形式反映在坐標軸上的示波器功能，坐標軸的橫坐標為時間，縱坐標為參數值，曲線可以根據參數類型進行放大、縮小，其掃描速度可以加快、減慢或停止，并可鎖定。此外，各個機構的速度設定、轉速、電流、力矩等參數曲線可以任意單獨切換或同時選擇。
監控系統各類故障表、變頻器參數表、曲線圖等均可通過打印機打印出來。
3結束語閉環控制的速度反饋采用增童式脈沖編碼器，系統具有足夠的調速硬度和良好的低頻轉矩特性，能避免低頻時滿負荷工況下發生帶不動負載的現象。
軌道式集裝箱門式起重機應用變頻調速系統，可以實現整機迅速準確的移動和定位，運行平穩。起升機構具有良好的低速性能，實現零速抱閘，全速受控，減少制動器閉合時昀振動及制動片磨損。利用恒功率功能，實現提篼生產效率，節約能源的目的。
變頻器設有輸出濾波器，有較好的輸出波形補償，從而減少了由于輸出線較長而造成的傳輸損耗。
控制層采用PLC使控制系統具備快速、準確、可靠的性能，并節約了大量中間繼電器。
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