PLC和變頻器在全自動(dòng)上料裝置上的應(yīng)用

李志剛

新鄉(xiāng)市中原起重機(jī)械總廠有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453400

PLC和變頻器在全自動(dòng)上料裝置上的應(yīng)用

李志剛

新鄉(xiāng)市中原起重機(jī)械總廠有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453400

PLC和變頻器是全自動(dòng)上料裝置重要組成部分，整個(gè)裝置的運(yùn)行、停止、抓料、放料、定位等作業(yè)均由PLC和變頻器及其附屬控制部分完成。整套裝置通過給定運(yùn)行信號(hào)，經(jīng)由編碼器和接近開關(guān)等檢測(cè)原件將信號(hào)傳輸給PLC，經(jīng)PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算后發(fā)出指令給變頻器，變頻器根據(jù)PLC指令再按程序驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)整套裝置進(jìn)行必要的作業(yè)。本文對(duì)PLC和變頻器在全自動(dòng)上料裝置上的相關(guān)運(yùn)用進(jìn)行分析和研究。

PLC; 變頻器；自動(dòng)控制；上料裝置；運(yùn)用

1 上料裝置現(xiàn)實(shí)狀況

全自動(dòng)上料裝置是近年來新興的一種高精度自動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)品，主要應(yīng)用在無縫鋼管廠鋼管坯料搬運(yùn)作業(yè)中。

2 上料裝置裝置構(gòu)成

本裝置結(jié)構(gòu)由鋼梁、大車傳動(dòng)、起升機(jī)構(gòu)、液壓夾鉗、電器控制五大部分組成。要求一鍵式全自動(dòng)運(yùn)行，多點(diǎn)自動(dòng)定位。

3 電控系統(tǒng)控制方案及其優(yōu)點(diǎn)

考慮到本裝置應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，要求比較嚴(yán)格，電氣控制系統(tǒng)采用目前最先進(jìn)的傳動(dòng)控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)組成。夾鉗起升和大車行走部分采用變頻控制，控制系統(tǒng)采用PLC控制，大車行走同步定位依靠PLC和絕對(duì)值編碼器數(shù)據(jù)交換完成。整個(gè)系統(tǒng)具有完善的檢測(cè)、可靠的控制、先進(jìn)的診斷功能，最大限度滿足了客戶的使用要求。

夾鉗起升由1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率10極110KW。采用ACS800-04系列132KW變頻器+旋轉(zhuǎn)編碼器+RTAC-01閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，變頻器進(jìn)線前端加塑殼斷路器和進(jìn)線電抗器。另外由于夾鉗起升需要制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與力矩方向相反）運(yùn)行，因此變頻器必須另外配置直流制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，用來吸收電機(jī)在下降運(yùn)行所釋放的能量。大車行走由1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率6極30KW。采用ACS800-01系列37KW變頻器+旋轉(zhuǎn)編碼器+RTAC-01閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，變頻器進(jìn)線前端加塑殼斷路器和進(jìn)線電抗器。另外由于大車需要減速停止，精確定位，也需配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，用來吸收電機(jī)在運(yùn)行時(shí)所釋放的能量。大車定位用歐姆龍E2無觸點(diǎn)型接近開關(guān)。

3 集中控制部分

集中控制系統(tǒng)的核心為PLC和旋轉(zhuǎn)編碼器，PLC采用三菱FX2N系列。設(shè)置零位、A、B、D、E四個(gè)定位轉(zhuǎn)換開關(guān)，在A、B、C、D、E處各安裝接近開關(guān)一只。

當(dāng)選擇A位時(shí)，按自動(dòng)抓料按鈕，抱閘打開，夾鉗開始下降，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，PLC開始計(jì)算輸出變頻器速度值，逐步加之全速，接近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，PLC逐步切除變頻器多段速，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后，下降動(dòng)作停止，抱閘關(guān)閉。延時(shí)1秒后PLC輸出夾鉗夾緊信號(hào)，液壓缸動(dòng)作夾緊重物，延時(shí)1秒后，夾鉗依照下降相反的動(dòng)作順序上升到達(dá)指定高度，抱閘關(guān)閉。延時(shí)1秒后，大車電機(jī)右行信號(hào)接通行，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，PLC開始計(jì)算輸出變頻器速度值，逐步加之全速，接近C點(diǎn)時(shí)，PLC逐步切除變頻器多段速，以3～5HZ的低速爬行，接觸到C點(diǎn)接近開關(guān)后，大車電機(jī)右行停止，自動(dòng)抓料結(jié)束。

按自動(dòng)復(fù)位按鈕，PLC輸出下降子程序，夾鉗開始下降到達(dá)指定點(diǎn)后，夾鉗打開卸下重物。延時(shí)1秒后，PLC輸出上升子程序和左行子程序，大車行走到A位后，自動(dòng)復(fù)位結(jié)束。其他B、D、E位動(dòng)作與A位相同。

考慮現(xiàn)場(chǎng)使用的特殊情況，每一步都加有點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作和單步動(dòng)作程序，以便調(diào)整。

4 系統(tǒng)綜述

整個(gè)系統(tǒng)控制回路采用PLC集中控制。所有的主令信號(hào)、限位信號(hào)都輸入到PLC輸入端，PLC輸出采用通訊方式控制變頻器的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行速度。由PLC內(nèi)部完成控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖和互鎖。

當(dāng)指令輸入PLC后，PLC根據(jù)不同的信號(hào)組合，將不同的速度通過PLC與變頻器之間的總線控制輸出至變頻器。變頻器的運(yùn)行、故障等狀態(tài)反饋至PLC，PLC根據(jù)采集的變頻器信號(hào)判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)抱閘、限位等外部信號(hào)也輸入至PLC，PLC根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行和故障情況控制系統(tǒng)報(bào)警或者跳閘，從而實(shí)現(xiàn)完善的系統(tǒng)診斷功能。

5 夾鉗變頻控制可達(dá)到的效果

5.1 由于變頻調(diào)速為連續(xù)無級(jí)調(diào)速，因此可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停止，使系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過程都非常平穩(wěn)，最大限度減小了系統(tǒng)因啟動(dòng)而造成的機(jī)械沖擊，增加了吊裝的穩(wěn)定性，減小了機(jī)械設(shè)備的維修時(shí)間及維修費(fèi)用。

5.2 變頻器能夠在啟動(dòng)時(shí)達(dá)到100%轉(zhuǎn)矩，而且啟動(dòng)電流只有電機(jī)額定電流的1.5倍甚至更小。這就大大增加了電機(jī)及其控制電氣元件的使用壽命，減小了電氣設(shè)備的維修時(shí)間及維修費(fèi)用。

5.3 由于沖擊電流的大幅度減小，改善了電網(wǎng)，保護(hù)了同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

5.4 由于起重機(jī)電機(jī)起制動(dòng)頻繁，有相當(dāng)一段時(shí)間都在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行。因此相對(duì)于轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)，變頻控制還可以節(jié)約相當(dāng)一部分電能。

5.5 變頻控制可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的平滑運(yùn)行，因此可以使起重機(jī)操作人員操作比較舒適，減少疲勞。

綜上所述，采用變頻控制能夠大大增加機(jī)械和電氣設(shè)備的使用壽命，減小了機(jī)械和電氣的維護(hù)工作量。很大程度的提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，節(jié)約電能，降低了所需電網(wǎng)的容量，改善了供電電網(wǎng)，增加了操作人員的操作舒適性，并且為以后進(jìn)行計(jì)算機(jī)集中控制提供了接口條件。

[1]GB 6067-2010.起重機(jī)械安全規(guī)程

[2]GB 5226.2-2002.機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備第32部分：起重機(jī)械技術(shù)條件

[3]JB 4315-1997.起重機(jī)電控設(shè)備

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.067