摘??要: 采用9030PLC對岸邊集裝箱裝卸橋控制系統起升控制對箱操作時采用零速保持功能的實現。
關鍵詞: 對箱? 零速保持? 鏈式制動
?
1? 驅動器與PLC系統的接口
岸邊集裝箱裝卸橋的四大機構使用直流電機驅動,系統設計中采用全數字直流驅動器來控制電機的轉速。系統選用的驅動器產品為法國TE公司的產品RTV84,其中RTV84-M17Q作為起升和大車分時共用的驅動器。
驅動器和電機構成轉速、電流的雙閉環調速系統。電動機上測速發電機的電壓信號作為轉速反饋信號,交流電流互感器的電流信號作為電流反饋信號。同時,驅動器將反饋的電機轉速信號轉換為標準信號,通過模擬量接口送給PLC,起升電機轉速和吊具高度采用編碼器檢測后送給PLC高速計數模塊。因此,PLC有2個檢測起升電機轉速的輸入,可以相互比較判斷以提高系統的可靠性。
PLC系統與驅動器的控制接口如圖1所示,有關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,作為驅動器的轉速給定輸入。
RUN、LI1、LI2、LI3、LI4:分別為驅動器運行信號、復位、制動、轉向和起升/大車切換控制信號。
nf:電機轉速的反饋信號,由測速發電機提供。
K1:驅動器控制電機松開機械剎車的輸出,作為PLC的輸入。
K2:驅動器準備就緒信號輸出給PLC,表示驅動器可以工作。
AO1:驅動器檢測到的電機速度信號(0～±10V),作為PLC的模擬量輸入。
AO2:驅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 驅動器時序判斷
驅動器的動作時序如圖2所示。其中:ng為主令速度信號,nf為電機反饋測量速度,Ia為電機電流值;T1為主令動作到驅動器調速開始時間,T2為驅動器加速斜坡設定時間,T3為設定速度的運行時間,T4是減速斜坡設定時間,T5為斜坡結束后到制動器制動完成時間。根據驅動器的動作時序,PLC程序相應地進行邏輯判斷和控制。
?
?
下面簡要描述PLC程序控制驅動器的動作時序。
(1)驅動器通電,準備就緒后將驅動器已準備好信號(Ready)傳給PLC。
(2)PLC接收到Ready信號后,在其他工況條件允許時向驅動器輸出RUN信號。然后驅動器根據RUN、FWD信號控制晶閘管觸發角,控制電機運行。
(3)PLC接收到起升主令的動作信號后,在動作條件允許時,送出FWD信號給驅動器。
(4)驅動器在收到FWD信號后,首先控制可控硅工作,實現電流環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根據驅動器的制動松開信號和對起升電流的判斷進行工作。如認為松開制動的條件成立時,則控制起升電機的制動器松開,并將制動器的狀態反饋給驅動器。
(6)驅動器接收到制動器已松開的信號后開始斜坡加速計算,電機進入調速階段。
程序中對該時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,電流應大于一設定值,否則不能松開制動器。制動器保持松開狀態時,穩定電流值不能持續小于一設定值,否則認為控制失效,立即制動。而在制動狀態,電流應為零,否則認為故障。從PLC給出FWD到驅動器控制電機運行直至人能觀察到吊具運動,所用時間達2秒多。
2.2 零速保持
實際操作中,司機控制主令離開停止位,運行信號送到PLC后,PLC檢測所有條件是否滿足,然后控制FWD給驅動器。根據上述驅動器的時序,主令動作至人為觀察到有動作,期間有2~3秒的時間停滯段,這段時間給司機操作帶來一定的困難。司機在對箱時,一要移動小車跟蹤吊具,二要控制吊具落下時機,否則錯過時間,對箱將要失敗。為避免由于驅動器動作帶來的延時,PLC程序中設有零速保持功能,即在起升停止時,FWD信號并未消失,而是延時一小段時間,速度保持為零。如在該段時間內,起升主令又有動作,驅動器將直接根據PLC送出的速度給定動作,此時吊具的動作將會是立即反應。這樣,對箱操作的效率有很大提高,因作業效率主要取決于對箱速度,所以,對箱時間的縮短會使得作業效率得到大幅提高。
由于起升電機均采用強迫風冷,所以控制零速保持不會使電機在轉速為零時因電樞通過大電流而發熱。同時由于保持了零速,司機對箱時在停止/動作之間頻繁操作中,減少了制動器頻繁動作次數,從而大大降低了制動器的故障。因為電機在零速保持中始終有電流流過電樞,在加、減速過渡過程中,省掉了驅動器建立防溜電流的時間,使得驅動器控制電機加減速時間縮短。同時電流的變化比松制動后的加速產生的電流變化要小得多,可控硅出發角的變化也要平滑得多,這對驅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停止而制動器保持松開狀態時,所以程序中對制動的控制要求更加可靠,系統設計中采用了鏈式制動以保證控制系統的安全。
驅動器工作中,由于工況變化頻繁,制動器也頻繁動作。如何控制電機的制動,不僅影響電機和制動器的效率和壽命,而且對系統的安全構成極大的影響。根據實際工作情況,運行中采用如下的鏈式制動:(1)邏輯判斷制動;(2)電氣制動;(3)機械制動;(4)位置反饋判斷制動;(5)零速錯誤制動構成鏈式制動的控制技術。其工作情況如下。
3.1 邏輯判斷控制制動
PLC程序根據實際工況進行判斷,當出現下列不正常情況時實施制動:
(1)驅動器的動作時序與正常情況不一致。
(2)驅動器若出現不正常故障則由PLC控制制動。
(3)一旦出現電機失速,立即制動。
3.2 驅動器的反饋制動
主令動作中頻繁地出現加減速和反向動作,驅動器可根據指令和當前電機狀態自動控制可控硅的觸發信號。當電機高速運行時,控制主令減速或停車或反向運行,驅動器自動控制反向可控硅的導通,并根據設定的最大制動電流值和減速時間的要求控制導通角,使電流流回電網,完成反饋制動。
3.3 驅動器給出的機械制動信號
當指令為零時,驅動器判斷電機轉速是否回零。如轉速較高,則進行反饋制動,等到電機轉速接近零(2%的額定轉速)時,驅動器輸出制動邏輯信號,由PLC控制電機機械抱閘制動。在抱閘信號確認后,驅動器控制晶閘管關斷。如減速時間超過設定時間,PLC立即控制制動,使電機停止運行。
3.4 機械位置判斷及控制
運行中和停車控制時,不斷地判斷制動器的機械位置,一旦與要求不一致,立即控制制動電源關斷。
3.5 零速失敗
在零速保持中,PLC根據編碼器的計數值判斷電機是否運轉,如出現速度不在零速范圍內或編碼器位置變化超過設定值(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械到位后,如果仍然出現上述零速錯誤,則PLC將控制制動電源斷開以保證制動的有效。
4?有關PLC程序的設計
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,應判斷主令是否從運行搬到停止并在延時時間內。如在該延時時間內,主令再次從停止到運行,制動器將保持原松開狀態;如停止時間大于零速設定時間,制動器會回到制動狀態,此后,主令從停止到運行,驅動器的調速控制必須等到松開制動控
制的時序完成?？刂浦苿拥腜LC信號是FWD信號,驅動器信號是DK1信號。
當起升正常運行時,PLC程序根據當前的位置和運行狀況對手柄指令進行限速處理后,向驅動器發出一個適當的速度給定信號。例如當起升機構運行并上升到某一高度達到上升減速區時,或吊具上的負載超過一定重量時,PLC程序將手柄指令限制在某低檔速度上(雖然實際手柄指令可能在較高的速度檔上);當起升高度達到上升停止位時,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將根據零速失敗信號判斷轉速是否正常,同時PLC監視起升電流值。零速電流應與開始吊起集裝箱時得到的稱重電流基本一致。如出現電流偏差超過設定范圍,則取消零速保持并立即制動,從而保證零速保持的安全。
5? 結束語
岸邊集裝箱裝卸橋在實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防措施,會給安全生產帶來隱患。本文介紹的系統由于采用了上述設計思想,有效地減少了對箱時間并能保證起升安全。系統實際使用兩年多,對箱效率高,安全可靠,用戶反映良好。
?
參考文獻
1?? 顧戰松.可編程控制器原理與應用.北京:國防工業出版社,1996
2?? 陳春雨.可編程序控制器應用軟件設計方法與技巧.北京:電子工業出版社,1992
3?? 魏志精.可編程控制器應用技術.北京:電子工業出版社,1995
4?? 陳宇.可編程控制器基礎及編程技巧.廣州:華南理工大學出版社,1999