基于现场总线的多台吊车共用控制系统设计

作者:王新峰;刘军;张卫红 刊名:电气传动 上传者:刘再光

【摘要】为实现同一厂房内多台吊车集中监控目的,提出了多台吊车共用控制系统设计思想,基于Prifibus-DP现场总线协议设计了完全共用和部分共用两种共用变频调速控制系统模型,论述了多台电机参数辨识结果的处理方法,简述了系统控制网络的结构设计和监控软件的开发过程。应用表明共用控制系统结构简单,操控便捷,扩展性好,可以在满足吊车各项性能指标基础上实现多台吊车控制系统的软硬件资源共享。

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传统的吊车控制系统大多是基于接触器、继电器控制[1],且每台吊车控制系统是独立配置、独立操控的,彼此之间无任何信息关联。为适应多台吊车集中监控和资源共享的需求,本文提出由上位机、可编程控制器(PLC)、变频器等组成的基于Profibus-DP现场总线协议[2]的多台吊车共用变频调速控制系统的设计模型。1吊车共用控制系统设计思路吊车控制系统可分为前端控制系统和后端控制系统两部分(见图1),前端控制系统一般由电动机、制动器、测速编码器、行程开关等组成,是完成吊车起升、平移动作的前端拖动控制设备;后端控制系统一般由上位机、PLC、变频器、接触器、继电器等组成,是完成吊车各项控制功能的后台支持设备。前端控制系统安装于吊车的机械结构上,而后端控制系统可安装于吊车机械结构上,也可以集中设置于地面控制间内。联系前、后端控制系统的桥梁是传输电缆,包括低压控制电缆和高压动力电缆。图1吊车控制系统组成Fig.1Cranecontrolsystemcomposition同一厂房内多台吊车如果独立控制,则其前端控制系统和后端控制系统都需要独立配置。由于前端控制系统设备安装于吊车机械结构上且分布于厂房的不同车间,多台吊车之间无法共用,能实现共用的只能是后端控制系统,因此多台吊车共用控制系统的设计,关键是设计一套后端共用的控制系统。吊车控制系统通常应具备良好的调速性能以满足不同的工作需求,目前吊车调速方式主要有直流调速、交流变极调速、交流变频调速3种方式,以交流变频调速的综合性能最佳[3]。为使控制系统线路简单、监控直观、功能强大,本文选择基于上位机、下位机和交流变频器的变频调速控制系统模式,其中上位机选择工控机,下位机选择PLC,所有通讯设备均以Profibus-DP现场总线协议实现高速数据通讯。工作时根据统一的公共指令输入终端和分散的就近指令输入终端输入操作指令,由共用的核心控制部件PLC进行逻辑运算后控制变频器,再由变频器驱动电动机和制动器动作,从而完成指定的吊车机构的启动、制动和调速,同时控制系统采集全部吊车的运行参数在上位机上进行显示,并实现全部数据的归档查询、事件报警和故障诊断等功能。2共用变频调速控制系统设计吊车变频调速控制系统中上位机、PLC、变频器等均属于价格昂贵的设备,尤其是变频器与吊车每个机构一一对应,一般数量较多,为此根据实际情况本文设计给出两种共用控制系统模型,实现多台吊车控制系统的资源共用和信息共享。2.1完全共用控制系统如果工作流程决定了多台吊车之间是串行工作的,即同一时刻只有一台吊车工作,且多台吊车之间各机构一一对应,或者多台吊车中对应的相同机构不会同时工作,那么控制系统可以采用完全共用控制系统模型,如图2所示。图2完全共用控制系统设计模型Fig.2Total-sharingcontrolsystemmodel该共用控制系统模型中除了上位机、PLC可以共用一套外,同一机构对应的变频器也可以实现共用,例如多台吊车的主起升机构共用一台变频器,副起升机构共用1台变频器等。变频器驱动的电机对象通过选择开关进行切换选择,以驱动多台吊车的其中1台或其中1个机构动作。此外选择开关还要实现对应电机的制动器、测速编码器的同步切换选择,以实现变频器对制动器的控制和对编码器的测速反馈。这种完全共用控制系统设备配置精简,可以实现一套后端控制系统多台吊车共同使用的目的。选择开关由PLC程序控制下的中间继电器和接触器协同工作实现,为保证控制对象的唯一性,选择开关之间应具备互锁关系,这种互锁关系可以从硬件上实现,也可以从软件上实现,但硬件实现起来成本高,接线复杂,检修维护

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