PLC在新型动臂吊车控制中的应用.docx

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1、OMRON变频器/PLC在新型动臂吊车控制中的应用OMRON变频器/PLC在新型动臂吊车控制中的应用研制国内首创的动臂吊车的开发经过，并负责电气设计、安装及调试工作。在这个工程中采用欧姆龙触摸屏、PLC、变频器。现将控制方式、经过介绍一下，力求可以抛砖引玉。2动臂吊车调速根本原理根据电机学理论，沟通电动机的转速公式为：n=60f1-s/p上式中：f为定子的电源频率，p为极对数，s为转差率，n为转速。因此，沟通电机可有以下几种调速方法：1改变电机极对数p，可以改变电机转速。这是沟通双速梯采用的调速方法。2通过调整定子绕组电压大小来改变转差率s,以到达调速目的。这是沟通调速梯采用的调速方法。3改变

2、定子电源频率f也可到达调速目的，但f最大不能超过电机额定频率。4吊车作为恒转矩负载调速时为保持最大转矩不变，根据转矩公式M=CmIcos式中Cm为电机常数，I为转子电流，为电机气隙磁通，cos为转子功率因数。必须保持恒定，又根据电压公式U=4.44fWk，式中U为定子电压，f为定子电压频率，W为定子绕组匝数，k为电机常数，必须保持U/f为常数，即变频器必须兼备变压变频两种功能简称为VVVFVaryVoltageVaryFrequency型变频器,这就是动臂吊车的根本控制原理。3系统组成3.1PLC可编程控制器PLC完成系统逻辑控制局部，负责处理各种信号的逻辑关系，从变频器及其它被控设备接收开关

3、及模拟量信号，通过运算控制信号送给变频器及其它被控设备，形成双向联络关系，它是系统的核心。本系统采用欧姆龙CJ系列PLC进展控制。3.2触摸屏本案中触摸屏是作为显示和控制的终端设备，显示各被控设备的工作状态。选用欧姆龙的NS系列触摸屏。3.3变频器变频器实现电动机调速。欧姆龙3G3RV-B4450-ZV1通用变频器可实现平稳操纵和准确控制，使电动机到达理想输出。并将无PG的U/f控制、无PG矢量控制、有PG的U/f控制、有PG矢量控制的四种控制方式融为一体，其中有PG矢量控制是最合适吊车控制要求的。容量选择最好是采用大一数目级选配，本例中吊车电动机采用37kW的异步电动机，即37kW的电动机选

4、45kW的变频器,图1示出电气原理图。align=center图1电气原理图/align3.4旋转编码器和PG卡旋转编码器和PG卡，实现闭环运行。为知足吊车的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡，完成速度检测及反应，形成闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进展测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，旋转编码器根据AB脉冲的相序，可判定电动机转动方向，并可根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反应信号送给变频器内部，以便进行运算调节。PG卡选择PG-B2，光电编码器选用增量式600p/r，推挽放大输出，A相B相Z相原点信号，轴

5、径8mm中空型的编码器。3.5制动单元在变频器应用中当吊钩空载上升或者重载下降时，拖动系统存在位能负荷下放。电动机将处于再生发电制动运行状态，使电动机回馈的能量通过逆变环节中并联的二极管流向直流环节给滤波电容器充电。当回馈能量较大时，会引起直流环节电压升高发生故障，电动机急速减速也会造成上述现象。解决方法是在变频器直流环节并联制动单元和制动电阻。制动单元是变频器一个可选组件，内设检测和控制电路，其工作时对变频器的直流回路电压进展在线检测。当电压超过设定允许值时，触发制动器晶体管导通，经电阻释放能量维持变频器的直流母线电压在正常工作范围内，一个制动单元可并联几个电阻，视工况而定。3.6制动电阻制

6、动电阻，消耗回馈电能，抑制直流电压升高。当吊车减速运行时，电动机处于发电状态，向变频器回馈电能。这时，同步转速下降，交一直一交变频器的直流母线电压升高，为了能消耗回馈电能，抑制直流电压升高，还必须配置制动电阻。电阻的选择非常重要，电阻选择过大那么制动力矩缺乏，电阻选择过小那么电流过大、电阻发热等问题难以解决。一般我们推荐的电阻功率和阻值内选择，对于提升高度较大、电机转速较高的情况可以适当减小电阻以得到较高的制动力矩，假如最小值不能知足制动力矩的话，要更换大一级功率的变频器。制动单元和制动电阻应根据回馈最大能量及时间来选用。一般制动电阻器的选择应使制动电流Is不超过变频器的额定电流Ie，制动电阻

7、最大功率Pmax要小于1.5倍的变频器功率，然后与过载系数相乘。过载系数与减速时间和持续制动时间有关，详细要厂家提供电阻器过载系数及参数样本。制动电阻的计算不再赘述。采用制动电阻消耗电机再生制动时送回直流回路的电能。制动经过中，当直流电路电压高于正常电压70V时，制动单元中的IGBT进展直流斩波，使制动电阻流过电流消耗再生电能。4其它配件选择对于其它配件仅列举，不再详述。1沟通电机三相异步电机铭牌：50Hz70A37KW380V1470r/min2旋转编码器渡边旋转编码器600p/r电压DC17-30V输出信号：A+、B+、Z+、A-、B-、Z-3液压制动器4电磁制动器5电磁离合器5控制方法及

8、变频器设置5.1PLC控制方法本系统采用欧姆龙PLC数字量及模拟量控制，详细控制方式如下：输入信号：变频器运行信号、报警信号、频率模拟量；手柄模拟量输入、外部制动信号输入等；控制对象：变频器运行信号、零伺服信号、频率模拟量；外部制动开关信号等；串行通讯：与欧姆龙NS触摸屏进展数据通讯；5.2变频器设置根据实际应用的欧姆龙变频器3G3RV-B4450-ZV1系统的构造特点及程序设计要点。采用PLC作为逻辑控制部件，变频器和PLC通讯时采用模拟量。由于3G3RV-B4450-ZV1为通用型变频器，因此用在吊车控制上为了知足运行效率、灵敏调速、精准定位和平安可靠的要求,其参数设置比专用型变频器要复杂

9、得多。下面仅介绍几个主要参数的设置：曳引电动机的转速控制应是闭环的,其转速的检测由和电动机同轴旋转的旋转编码器完成。必须保证旋转编码器和电动机连接时的同心度和可靠性,以保证速度采样的准确度。变频器其它常用参数可根据电网电压和电机名铭牌参数直接输入。也可通过自学习实现，本例是采用自学习方法读入电机参数，可以使变频器工作在最正确状态。详细方法：在完成参数设置后,使变频器对所驱动的电动机进展自学习，将曳引机制动轮与电动机轴脱离,使电动机处于空载状态，然后启动电动机，变频器便可自动识别并存储电动机有关参数,使变频器能对该电动机进展最正确控制。至此,变频器参数设置完毕。软件设计主要涉及到参数设置如表1：

10、align=center /align其他参数按变频器出厂值。图2图4示出局部现场情况。6设备调试出现的问题分析及解决上述系统在整机调试经过中碰到以下问题，经讨论及技术改动，现场问题已经全部解决。出现的问题简单列举如下：1开场开机送模拟量缓慢，运行不正常解决方法：PLC先提供应变频器正转/反转信号，然后提供模拟量。2处于零伺服时再启动异常解决方法：变频器处于零伺服状态下不可以再启动，程序中做零伺服状态下制止操纵。7完毕语设备经过调试，并经过辽宁省建立机械城市车辆检测中心专家现场检测，到达预期效果，证实欧姆龙控制系统在动臂吊车控制的应用是成功的，具有广阔的前景。1欧姆龙自动化中国统辖集团.高功能变频器SYSDRIVE3G3RV-ZV1操纵手册.20062欧姆龙自动化中国统辖集团.高功能变频器SYSDRIVE3G3RV-ZV1产品样本.20063陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2004