基于plc與變頻電機(jī)的橋式吊車電氣控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋式吊車機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類32t橋式吊車的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為運(yùn)送負(fù)載到所期望的位置，橋式吊車有著非常廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際操作過程中，往往由人工直接操作，造成運(yùn)送效率和安全系數(shù)低，定位精度不高等問題。一些企業(yè)研發(fā)出的自動(dòng)控制系統(tǒng)往往只是針對(duì)特定的運(yùn)送過程，如將貨物運(yùn)送到特定位置，再回到原位抓取第二件貨物，為一固定的工作循環(huán)，且未考慮消擺及定位等因素。佐治亞理工學(xué)院在實(shí)驗(yàn)室搭建了一臺(tái)20t橋式吊車，利用輸入整形等方法取得了良好的效果，但所采用的伺服電機(jī)及傳感器單元都較精密，價(jià)錢昂貴，且未考慮實(shí)際操作中手動(dòng)與自動(dòng)切換等功能，安全保護(hù)措施也有所欠缺?；谙嗥矫娴能壽E規(guī)劃算法在實(shí)驗(yàn)室的模擬自動(dòng)控制吊車平臺(tái)上做實(shí)驗(yàn)并取得了很好的效果，但在大型吊車系統(tǒng)中，異步電機(jī)很難實(shí)時(shí)跟蹤給定控制命令，雖然消擺依然有效，但定位出現(xiàn)了很大的偏差，應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)需要進(jìn)一步改進(jìn)。
[0003]為了將實(shí)驗(yàn)室的研究成果推廣到一類32t橋式吊車，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)切換的同時(shí)，通過改變給定脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以通過改進(jìn)的相平面方法實(shí)現(xiàn)消擺及定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一套安全可靠的32t橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，確保實(shí)際操作過程中手動(dòng)運(yùn)行與自動(dòng)運(yùn)行自由切換，自動(dòng)運(yùn)行模式實(shí)時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，且保證在實(shí)際作業(yè)中良好的消擺效果及較高的定位精度。
[0005]本發(fā)明致力于通過PLC及變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)一套橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，在完成手自動(dòng)切換并保證安全的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:遙控器及其信號(hào)接收裝置，大車電機(jī)變頻器，小車電機(jī)變頻器，起升電機(jī)變頻器，PLC，繼電器，DSP，單片機(jī)和限位開關(guān)、重量測(cè)量裝置;所述的遙控器信號(hào)接收裝置、DSP與限位開關(guān)、重量測(cè)量裝置分別連接PLC，PLC、DSP和單片機(jī)同時(shí)連接繼電器，繼電器再分別與大車電機(jī)變頻器、小車電機(jī)變頻器和起升電機(jī)變頻器連接；
[0006]所述的遙控器信號(hào)接收裝置設(shè)置在第一控制柜(9)側(cè)，大車電機(jī)變頻器、繼電器和PLC設(shè)置在第一控制柜(9)中，小車電機(jī)變頻器和起升電機(jī)變頻器設(shè)置在第二控制柜(10)中，第一控制柜和第二控制柜位于起重機(jī)大車上；
[0007]1、遙控器，用于地面操作，三路手動(dòng)與自動(dòng)切換按鈕發(fā)送手自動(dòng)切換指令、三路搖桿發(fā)送手動(dòng)模式下的檔位指令，正反轉(zhuǎn)指令到遙控器信號(hào)接收裝置(2) ;PLC(3)輸入端子接收來自遙控器信號(hào)接收裝置的指令信息，同時(shí)采集限位開關(guān)、重量檢測(cè)裝置(11)及大車電機(jī)變頻器(4)、小車電機(jī)變頻器(5)和起升電機(jī)變頻器(6)是否正常工作的信息，分析并控制輸出端繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷，保證自動(dòng)模式時(shí)采用DSP(7)輸入控制命令，手動(dòng)模式時(shí)采用單片機(jī)(8)輸入控制命令。
[0008]2、變頻器，所述的小車電機(jī)變頻器、大車電機(jī)變頻器和起升電機(jī)變頻器設(shè)定為脈沖輸入模式，額定負(fù)載時(shí)最大輸入頻率14400Hz對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)速1440r/min，最小輸入頻率300Hz對(duì)應(yīng)最小轉(zhuǎn)速30r/min，低于300Hz頻率則轉(zhuǎn)速為零，正反轉(zhuǎn)由變頻器上S1、S2兩端子控制，變頻器故障及變頻器運(yùn)行觸點(diǎn)接入PLC( 3)輸入端子。
[0009]3、PLC，所述的PLC(3)接收外部信號(hào)，通過邏輯運(yùn)算判斷系統(tǒng)狀態(tài)，控制手動(dòng)、自動(dòng)、安全保護(hù)電路的導(dǎo)通與關(guān)斷，完成手動(dòng)高速檔，手動(dòng)低速檔，自動(dòng)檔三種操作模式的自由切換，完成系統(tǒng)的安全保護(hù)；
[0010]所述完成手動(dòng)高速檔，手動(dòng)低速檔，自動(dòng)檔三種操作模式的自由切換的過程是:遙控器(I)通過三路手動(dòng)與自動(dòng)切換按鈕及三路搖桿遠(yuǎn)程傳輸手動(dòng)或自動(dòng)指令、手動(dòng)模式下的檔位指令及正反轉(zhuǎn)指令到PLC(3)輸入端子，由PLC(3)內(nèi)部程序判斷系統(tǒng)狀態(tài)；
[0011]若切換為手動(dòng)模式，且搖桿給出命令高速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，單片機(jī)(8)產(chǎn)生一路高頻率脈沖指令12000Hz作為高速檔信號(hào)，PLC對(duì)應(yīng)輸出端子導(dǎo)通，由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行高速正轉(zhuǎn)，若搖桿給出命令低速反轉(zhuǎn)運(yùn)行，單片機(jī)(8)產(chǎn)生一路低頻率脈沖指令5000Hz作為低速檔信號(hào)，PLC對(duì)應(yīng)輸出端子導(dǎo)通，由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行低速反轉(zhuǎn)；
[0012]若切換為自動(dòng)模式，DSP產(chǎn)生一路時(shí)變脈沖指令，且同時(shí)給PLC正反轉(zhuǎn)命令，變頻電機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)動(dòng)作；
[0013]4、安全保護(hù)措施，所述完成系統(tǒng)的安全保護(hù)包括:遙控器(I)上同時(shí)設(shè)置有緊急制動(dòng)按鈕，該按鈕能夠隨時(shí)使橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)掉電，裝于小車兩側(cè)、大車兩側(cè)的限位開關(guān)(11)防止碰撞，裝于吊繩上的限位開關(guān)防止貨物起升過高，造成吊鉤與卷筒相撞，加裝重量測(cè)量裝置(11)防止貨物超重加裝限位開關(guān)(11)防止碰撞，加裝重量測(cè)量裝置(11)防止貨物超重，電機(jī)變頻器(4)(5)(6)運(yùn)行時(shí)不會(huì)抱閘，電機(jī)變頻器(4)(5)(6)故障時(shí)不運(yùn)行，電氣柜(8)(9)內(nèi)照明系統(tǒng)。
[0014]5、所述自動(dòng)模式時(shí)DSP采用基于相平面的軌跡規(guī)劃的改進(jìn)算法，DSP脈沖指令根據(jù)算法進(jìn)行變換，小車或大車加速階段及勻速階段皆與基于相平面的軌跡規(guī)劃算法相同，加速時(shí)間等于貨物的擺動(dòng)周期，擺動(dòng)周期通過在起升變頻電機(jī)上加裝絕對(duì)編碼器測(cè)量繩長(zhǎng)，再計(jì)算獲得擺動(dòng)周期;減速時(shí)間同樣等于貨物的擺動(dòng)周期，在減速最后階段低速運(yùn)行一段距離，且其低速運(yùn)行時(shí)間同樣等于貨物的擺動(dòng)周期，并采用提前抱閘的方式制動(dòng)，兼顧了運(yùn)送過程的消擺及定位。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
[0016]本發(fā)明針對(duì)一類32t橋式吊車，設(shè)計(jì)了一種基于PLC與變頻電機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括:遠(yuǎn)程遙控器、接收器、電機(jī)變頻器、PLC、繼電器、DSP、單片機(jī)、限位開關(guān)、重量測(cè)量裝置。本發(fā)明在滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求的前提下，使實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的控制算法得以在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)并應(yīng)用，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本發(fā)明的有效性。
【附圖說明】
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[0017]圖1表示本發(fā)明中自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0018]圖2表不本發(fā)明中電源部分電氣原理圖；
[0019]圖3表示本發(fā)明中安全保護(hù)部分電氣原理圖；
[0020]圖4表示本發(fā)明中PLC部分電氣原理圖；
[0021]圖5表不本發(fā)明中大車部分電氣原理圖；
[0022]圖6表不本發(fā)明中小車部分電氣原理圖；
[0023]圖7表示本發(fā)明中起升部分電氣原理圖；
[0024]圖8表示本發(fā)明中布線圖；
[0025]圖9基于相平面方法的軌跡規(guī)劃效果圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0026]實(shí)施例一:
[0027]參見附圖1，一種基于PLC與變頻電機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括遙控器及其信號(hào)接收裝置，大車電機(jī)變頻器，小車電機(jī)變頻器，起升電機(jī)變頻器，PLC，繼電器，DSP，單片機(jī)和限位開關(guān)、重量測(cè)量裝置。所述的遙控器信號(hào)接收裝置、DSP與限位開關(guān)、重量測(cè)量裝置分別連接PLC，PLC、DSP和單片機(jī)同時(shí)連接繼電器，繼電器再分別與大車電機(jī)變頻器、小車電機(jī)變頻器和起升電機(jī)變頻器連接；
[0028]所述的遙控器信號(hào)接收裝置設(shè)置在第一控制柜(9)側(cè)，大車電機(jī)變頻器、繼電器和PLC設(shè)置在第一控制柜(9)中，小車電機(jī)變頻器和起升電機(jī)變頻器設(shè)置在第二控制柜(10)中，第一控制柜和第二控制柜位于起重機(jī)大車上;遙控器(I)用于地面操作，發(fā)送指令到遙控器信號(hào)接收裝置(2)，設(shè)置有緊急制動(dòng)按鈕，該按鈕能夠隨時(shí)使橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)掉電。
[0029]參見附圖2，本發(fā)明供電所用電路為:380V交流電通過空氣開關(guān)FOO，分三路，一路通過變壓器轉(zhuǎn)換為220V電壓后供給照明電路，另一路變壓為220V后供給控制回路，最后一路為電機(jī)及變頻器供電，此路側(cè)加入相序檢測(cè)器以確保電機(jī)與變頻器正常工作。
[0030]參見附圖3，本電路實(shí)現(xiàn)PLC輸入端的信息通過繼電器傳遞入PLC，包括裝于小車兩偵叭大車兩側(cè)的限位開關(guān)(11)防止碰撞，裝于吊繩上的限位開關(guān)防止貨物起升過高，造