西门子PLC及工业遥控技术在桥式起重机电气控制系统中的应用.docx
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西门子PLC及工业遥控技术在桥式起重机电气控制系统中的应用
高级技师论文
西门子PLC及工业遥控技术在桥式起重机电气控制系统中的应用
学员:
胡庆梅
指导老师:
林梅老师
日期:
2014-6
目录
一通用吊钩式桥式起重机性能分析……………………………………2
1通用吊钩式桥式起重机的不足………………………………………2
二通用吊钩式桥式起重机电气控………………………………………3
1主电路…………………………………………………………………3
2控制电路………………………………………………………………5
3主起升机构控制的功能描……………………………………………5
4吊钩上升………………………………………………………………6
5吊钩下降………………………………………………………………6
6提升机构控制电路的特点
三西门子PLC在桥式起重机电气控制系统的设计………………………7
1可编程控制器组成……………………………………………………7
2可编程控制器特点……………………………………………………7
3可靠性高抗干扰能力强………………………………………………8
4现场设备配置…………………………………………………………8
四工业遥控技术在桥式起重机电气控制中的应用………………………11
1遥控系统特点…………………………………………………………11
2F-21D型整机特性……………………………………………………12
五结束语………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………13
西门子PLC及工业遥控技术在桥式起重机电气控制系统中的应用
检修中心炼钢维护部胡庆梅
摘要:
八钢广泛使用的桥式起重机通常采用继电器-接触器控制方式;近几年,在危险或多粉尘场合有使用遥控系统的,本文对传统桥式起重机的结构和机械部分采用了类比法设计方法,直接采用成熟技术图纸,未做详细说明,控制方式进行了描述,对其能够完成的功能和安全保证进行了详细说明,指出了存在的一些问题,并应用遥控系统联合应用予以解决,包括硬件选型、系统配置等方面的内容。
关键词:
桥式起重机PLC系统遥控系统
前言:
起重机械作为搬运物料的设备,随着科学技术的进步、现代化大规模生产的发展,越来越广泛地使用工厂中,为了保证产品质量、减轻劳动强度、降低成本、提高效率、加快周转、流通等方面均有着重要的影响,对于安全生产、减少事故更有显著作用。
现代的搬运技术已超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念,不仅是在搬运数量上有很大变化,而且具有严格的时间、速度的限制,物料搬运技术是现代工业中最薄弱、最迫切要解决的问题之一。
将是降低产品成本最有潜力可挖的一个途径。
现代冶金钢铁企业的规模日益大型高效化,促使起重机向大吨位、大跨度、高速度发展。
在整个生产过程中,一旦有某台搬运设备发生故障,生产将受到影响、甚至停顿。
同时由于厂房温度高、粉尘噪音大、振动大等原因,工作环境极恶劣,因而设备故障率较高,严重制约着各类生产的顺利进行。
以上情况,足以说明起重机械在物料搬运过程中所起的作用和起重机的设计、选型、控制、改造等工作的重要性。
一.通用吊钩式桥式起重机性能分析
1.通用吊钩式桥式起重机的不足
目前,在我们八钢冶金系统广泛使用的桥式起重机,控制多数都是采用接触器和继电器控制,这种控制方式具有以下几个不足:
1.1故障点不易发现,排除故障费时费力;对过载、行程等故障无报警显示。
1.2起重机操作工必须长时间工作在高空,距工作点远,要求视力好,注意力高度集中,精神高度紧张,劳动强度大,易疲劳,长时间安全操作无法保证;由于热气、粉尘、甚至有害气体的挥发,使厂房顶部的工作环境更加恶劣,严重威胁起重机操作工身体健康。
职业病时有发生。
1.3由于起重机操作工在操作时,常常不能按电动机的特性要求来调速,使电动机的调速由人为不确切控制,造成速度突变等现象,对电气元件和机械设备、钢结构冲击较大。
大大降低了起重机的使用寿命
根据冶金行业对起重机故障时间和频次的分析统计结果表明:
起重机部分的故障占总故障的40%以上,因此,降低起重机的故障,可以大幅度提高设备运转率,为生产的顺行提供设备保障。
也是本次升级性设计桥式起重机的主要目的之一,使起重设备装备水平得到提升,从而节省以后的升级改造费用。
二通用吊钩式桥式起重机电气控制
1主电路
包括各机构的电动机、电动机定子电路和电动机转子电路组成;
1.1行车主电路
由行车滑线(集电器)引来的三相AC380v50Hz电源,经断路器1ZK到保护箱的进线刀开关QS,通过刀开关QS到总保护接触器KM、总电流继电器KC,分别分配到主提升、副提升、大车、小车的换向控制元件-控制器或接触器;
1.2行车主钩主电路
来自行车配电保护柜中总保护接触器KM的电源,到主令控制箱的QS1刀开关、电流继电器KC1和KC2,分别供给主钩换向接触器KMF、KMR及主钩制动接触器KMB,再到主钩电动机和主钩制动器,电动机转子回路接调速电阻器,采用平衡短接切除法,为了提高可靠性使用了闭口三角形电路,并留有常接电阻,是为减小机械冲击,软化电动机机械特性之用,其它段电阻可用控制箱内接触器按需要切除或接入,以满足不同负载下不同运行速度的调速要求
1.3行车副钩主电路
来自行车配电保护柜中总保护接触器KM的电源,到副钩电流继电器,分别供给副钩换向接触器,再到副钩电动机和制动器,电动机转子回路,因为功率相对较小,同时为了简化线路、减少元件,得到较多的加速级,选用不对称电阻,各段电阻可用控制箱内接触器(遥控)或控制器按需要切除或接入,以满足不同负载下不同运行速度的调速要求。
1.4行车大车主电路
来自行车配电保护柜中总保护接触器KM的电源,分别供给大车换向接触器,分别到4个大车电流继电器,再到两台大车电动机和制动器,电动机转子回路,同理,因为功率相对较小,同时为了简化线路、减少元件,得到较多的加速级,选用不对称电阻,各段电阻可用控制箱内接触器(遥控时用)或控制器按需要切除或接入,以满足不同运行速度的调速要求。
大车主电路2-1
1.5行车小车主电路
来自行车配电保护柜中总保护接触器KM的电源,到小车电流继电器,供给小车换向接触器,再到小车电动机和制动器,电动机转子回路,同理,选用不对称电阻,各段电阻可用控制箱内接触器(遥控时用)或控制器按需要切除或接入,以满足不同运行速度的调速要求。
2.控制电路
行车控制电路(又称连锁保护电路)具有以下保护功能:
过电流保护零压保护零位保护行程保护安全保护紧急保护,SE为紧急开关,供在出现事故时紧急停电和正常情况下分断电源用,按钮SB在正常情况下接通电源用。
SCS、SCH、SCL分别为小车、副提升、大车机构用控制器零位触点,SQ1、SQ2、SQ3分别为舱门、栏杆门的安全开关。
KC、DKC、FKC、XKC分别为过电流继电器,KM为总接触器,正常工作时用来接通及分断电源,非正常情况下用来紧急切断电源,兼作失压保护。
SQH、SQL1、SQL2、SQS1、SQS2分别是副提升、大车、小车的限位开关。
当机构向某一方向运行时,则与此方向相应的限位开关和控制器辅助点接入电路,而相反方向运行的控制器辅助触点断开。
当机构运行至某一方向的极限位置时,相应的限位开关断开而使总接触器断开,整个天车停止工作。
此后,必须将全部控制器置于零位重新送电,机构才向另一方向运行。
为了安全,有的起重机提升机构安装两个限位开关,
保护控制电路2-2
3.主起升机构控制的功能描述
设刀开关QS1、QS2闭合(图见行车主钩原理图),主令控制器SM的手柄置于"0"位时,其触点K1闭合,零电压继电器KHV线圈得电吸合,其触点闭合,实现自锁,为下一步的控制工作做好准备;与此同时经SQH1(上升限位开关),时间继电器KT2、KT3、KT4线圈得电吸合。
行车主钩控制原理图2-3
4.吊钩上升
当主令控制器SM手柄扳至上升第一档,正转(上升)接触器KMF线圈得电吸合,电动机定子绕组接至电源;制动器松闸。
电动机的启动转矩很小,消除了传动装置的间隙,避免产生较大的机械与电冲击,电动机的运转速度极低。
当主令控制器SM手柄置于上升第二档时,转子电路部分电阻切除,使电动机的转速提高,电动机的转速高于上升第一挡,但也较低。
当主令控制器SM手柄置于上升第三档时,又有转子电路部分电阻切除,并按时间设定的要求,加速接触器逐级吸合,最终电动机在转子电路串入少量电阻运行,电动机的转速最高(略低于额定转速)。
5吊钩下降
当主令盘控制器SM手柄从零位扳到下降第一档时,此时电动机不转、制动器也不松闸,以避免轻载反而出现提升现象。
这一档为反接制动档。
只有从下降第二档或下降第三档扳回下降第一档时,上升才能动作,制动接触器吸合,转子电路电阻最大。
在负载作用下电动机低速反转,以实现重载低速下降。
当主令控制器SM手柄扳至下降第二档时,将转子电路部分电阻切除。
此时下降接通,制动器松开,转子电路切除反接电阻情况下,往下降方向转动。
适用于轻载短距离下降。
当主令控制器SM手柄置于下降第三档时,将转子电路又部分电阻切除;通过时间延时逐级电阻切除;当此过程结束后,电动机转子电路只保留部分软化电阻。
电动机在负载作用下,其转速超过同步转速稳定运行,属再生(回馈)制动状态。
下降第三档适用于任何负载的快速下降,对长距离下降是非常适用的,这样可以提高生产率。
在再生制动状态,转子电路电阻越小,电动机转速越低(大于同步转速);转子电路电阻越大,电动机转速越高,若反接级电阻不能切除,电动机将会产生危险的高速。
6提升机构控制电路的特点:
1)可逆不对称线路。
2)主令控制器的档数为3-0-3。
3)下降第一档,可实现重载(半载以上)慢速下降。
4)下降第二档,可实现轻载(半载以下)慢速下降。
5)下降第三档,可实现任何负载以略高额定速度下降。
三西门子PLC在桥式起重机电气控制系统的设计
1可编程控制器组成
可编程控制器(PLC)由:
微处理器(CPU)、存储器、输入、输出部分、电源等组成。
2可编程控制器特点
2.1可编程控制器(PLC)简单易学
可编程控制器(PLC)可以取代以继电器-接触器为主的控制方式,广泛应用于冶金、机械制造等各行业的生产过程控制。
它利用结合现场电气维护人员的技能习惯,形成了一套以继电器梯形图为基础的形象汇编语言和模块的软件结构,是用户程序的编制清晰、直观、方便、易学,可以很方便的进行程序调试和查找错误工作。
2.2功能强,性能价格比高
一台小型可编程控制器内有成百个可供用户使用的编程元件,有很强的功能,可以实现非常复杂的控制功能。
具有很高的性能价格比。
2.3硬件配置齐全,用户使用方便,适应性强
可编程控制器产品已经标准化、系列化、模块化,配备品种齐全,方便用户选用,能方便灵活地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。
安装接线方便,一般用接线端子连接外部接线。
硬件配置确定后,通过修改用户程序,方便快捷的适应工艺条件的变化。
3可靠性高,抗干扰能力强
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良,容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线减少,因触点接触不良造成的故障大为减少。
可编程控制器采用了一系列硬件和软件抗干扰措施,如其输入/输出信号采用了光电隔离等抗干扰措施,用软件程序替代继电器的硬线连接逻辑,没有机械磨损,所以具有很强的抗干扰能力,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,可编程控制器已被公认为最可靠的工业控制设备之一。
系统的设计、安装、调试、维修工作量少,方便可编程控制器用软件功能代替了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少,对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
可编程控制器有完善的自诊断和显示功能,可快速查明和排除故障。
4现场设备配置:
主钩接触器150A6台,主钩制动器20A1台
副钩接触器80A7台,
大车接触器80A2台,60A4台
小车接触器40A7台
由主令控制器、接触器辅助触点、继电器触点及行程开关触点等,组成PLC外部输入设备
由电动机正向、反向接触器、加速接触器、制动接触器及照明报警等组成PLC外部输出控制设备,整个系统共计85点其中输入58点,输出27点,我们选用PLC一台,加九块扩展模块(共计I/O点8/4按照惯例留有一定量的将来扩容备用通道)就能满足要求。
PLC控制系统示意图3-1
4.1输入/输出点确定
输入输出各点连接(I/O)表
输入点
名称
输出点
名称
输入点
名称
备注
I0.0
启动
Q0.0
总接触器
I4.0
副控2档
I0.1
停止按钮
Q0.1
大车向左
I4.1
副控向上
I0.2
总接触器辅点
Q0.2
大车向右
I4.2
副控向下
I0.3
小车控零位
Q0.3
大控2档
I4.3
副控3档
I0.4
大车控零位
Q0.4
大控3档
I4.4
I0.5
主钩控零位
Q0.5
大控4档
I4.5
遥控向上
I0.6
副钩控零位
Q0.6
大控5档
I4.6
遥控向下
I0.7
备用
Q0.7
小车向前
I4.7
遥S升
I1.0
大车过载
Q1.0
小车向后
I5.0
遥S降
I1.1
舱门开关
Q1.1
小控2档
I5.1
副钩过载
I1.2
大车4档触点
Q1.2
小控3档
I5.2
S二速
I1.3
遥控2档
Q1.3
小控4档
I5.3
副钩上限位
I1.4
大控向左
Q1.4
小控5档
I5.4
S三速
I1.5
大控向右
Q1.5
S速4
I5.5
手动与遥控
I1.6
右接触点
Q1.6
副钩向下
I5.6
副钩起升反馈
I1.7
大车向左反馈
Q1.7
副控2档
I5.7
下接触器触点
I2.0
大控2档
Q2.0
副控3档
I6.0
S控升
I2.1
大控3档
Q2.1
副控4档
I6.1
S过载
I2.2
大车3档接点
Q2.2
副控5档
I6.2
S控降
I2.3
遥控3档
Q2.3
S制动
I6.3
I2.4
小车过载
Q2.4
副钩向上
I6.4
S上限
I2.5
遥控向前
Q2.5
S速1
I6.5
S重锤限位
I2.6
遥控向后
Q2.6
S速2
I6.6
I2.7
小控向前
Q2.7
S速3
I6.7
I3.0
小控向后
Q3.0
I7.0
I3.1
后接触器触点
Q3.1
S上升
I7.1
S升馈
I3.2
前接触器触点
Q3.2
S下降
I7.2
S降接馈
I3.3
小车前限位
Q3.3
备用
I7.3
I3.4
小车后限位
Q3.4
备用
I7.4
遥启与电铃
I3.5
小控2档
Q3.5
备用
I7.5
遥控停止
I3.6
小控3档
Q3.6
备用
I7.6
遥控向左
I3.7
s一速
Q3.7
备用
I7.7
遥控向右
为了扩容即小电流控制大电流采用小型继电器将输出部分与主机隔离,即所有输出通道控制小型继电器,由继电器控制现场接触器。
现场接线时,采用屏蔽电缆将输入和输出分别连接到对应的接线端子和电器元件上,确保连接正确、紧固,将电缆的屏蔽线可靠接地即可。
4.2硬件配置
根据本系统选用S7-200型号:
CPU224;订货号6ES7214-1AD21-0XB0本机I/O14入/10出;通讯:
1RS-485;可带7块数字量输入模块,型号EM221订货号6ES7211-1BF20-0XA0,可带3块数字量输出模块,8点DC输出,电源电压85-264V。
输入、输出24VDC电源,10A。
24VDC带指示灯中间继电器35个;
4.3系统软件的设计:
引用STEP7-Micro/win32编程软件进行编程,STEP7-Micro/win编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。
与CPU的通讯完成连接后,在STEP7-Micro/win32中可执行PLC配置,直接读取在线可编程控制器的配置参数,建立可编程控制器与计算机的通讯连接。
然后按继电器图原理完成一下编程,并上载到PLC中,现场调试完毕即可运行。
4.4注意事项:
4.4.1PLC的安装要远离热源,并有防尘措施;
4.4.2输出模块的负载能力(I=2A)较小,采用外部中间继电器过渡,将继电器的接点并联使用;
4.4.3控制线采用屏蔽电缆并良好接地,以消除动力线路的电磁干扰,防止系统产生误动作。
四工业遥控技术在桥式起重机电气控制中的应用
1遥控系统特点
根据本桥式起重机的功能和经济情况,选用F-21系列工业遥控器,具体型号为:
F-21D型它具有多种功能及适合各种环境下耐久操作的安全实用的工业遥控器。
此遥控器能在长时间、高负荷以及恶劣的环境下安全操作,具有坚固耐用的发射器外壳、极省电的发射器,耐热抗干扰的接收器。
更重要的是具有精密多重安全防护的电脑解码,完全能够适用完成各种繁重的遥控场合。
近年来这一系列的遥控器出现了多样化的特殊功能设定,不需要增加额外的控制元件,即可达成多种不同要求的功能,进而大幅度近提高耐用性和经济性。
免维护的结构设计,使用户不需要太多的工具和特殊专业技能,
本系统由一台发射器、一台接收器及一台配套的电控箱组成,
发射器面版按钮如下说明:
2F-21D型整机特性:
2.1整机特性
2.1.1.工作频率范围:
70~470兆赫,适用温度:
-10~+60度;
2.1.2天线:
可延长校正螺旋天线,控制距离:
100米;
2.1.3.传送方式:
线性40串列位原码
2.1.4.安全秘密:
729组
2.2发射器
2.2.1.电源:
四节1.5V3号电池;输出功率:
约1毫瓦;
2.2.2.结构:
强化塑料加纤维成型,防水、抗震;
2.2.3.按键方式:
二段机械式按键开关;
2.2.4.适用温度:
-35°C~75°C;
2.2.5.最大尺寸:
400*76*71mm(含天线长度);重量:
995克。
2.3接收器
2.3.1电源:
交流110V/220V可选
2.3.2结构:
强化塑料加纤维成型,防水、单点弹片抗震固定;
2.3.3输出:
5A继电器适用温度:
-35°C~75°C;
2.3.4最大尺寸:
240*210*160mm;重量:
2650克。
2.4遥控系统安装
遥控系统接线,由拨码开关编辑各连锁程序,以满足功能描述的要求,并将发射器和接收器的安全码设为一致;以免相邻两套遥控相互干涉。
五结束语
采用遥控系统控制后,具有以下优点:
1:
工作稳定可靠;
2:
由于电动机调速切电阻的控制准确可靠,减小人为操作对设备的机械和电气冲击,保证了设备的使用寿命。
我们从2012年以来对八钢的一炼钢部分行车进行了设计改造,从采用遥控系统以来,运行平稳,劳动强度大大降低;结果表明,采用遥控系统控制具有工作可靠,检修方便,适应性强等优点,值得推广使用。
根据以上经验,我们在行车上推广使用遥控系统控制,以提高设备的运转率,改善员工工作环境,使设备更好地为生产服务。
参考文献
1.陈道南《起重机设计》冶金工业出版社,1996.
2.大连三环起重机器厂《工业用遥控器》2003
3.新疆通用机械厂有关行车设计图纸2003
个人简介:
胡庆梅八钢公司检修中心炼钢维护部行车维护作业二区电工1996年9月参加工作,从事本专业18年。
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