无人天车电气控制系统中的变频器选择与PLC通信

2018-01-12詹博

信息记录材料 2018年3期

关键词：天车接触器转矩

詹博

（河钢唐钢能源环保部河北唐山 063000）

1 引言

冶金天车在恶劣复杂的环境下工作时间过长，电气设备老化，且控制系统不精确、不完善，导致天车在运行时事故率增加，影响生产的顺利进行。优化天车的电气控制系统，可降低事故率，保障生产连续性。

2 无人天车结构及电气系统简介

2.1 无人天车结构

天车设备由大车电动机驱动，沿车间两边的轨道作纵向前后运动；小车及提升机构由小车电动机驱动，沿桥架上的轨道作横向左右运动；无人天车在作业时，主要有起重机驱动进行垂直方向的运动。通过机械与电气控制设备的配合，天车实现重物在垂直、横向、纵向三个方向的运动。

2.2 无人天车电气系统

PLC无人天车电气系统主要由六大模块组成：

（1）配电保护模块；（2）主起升机构模块；（3）副起升机构模块；（4）大车运行机构模块；（5）小车运行机构模块；（6）PLC控制模块。

以上模块包括了PLC控制系统、变频器、同步与纠偏系统、制动器的控制和安全保护系统等。首先操控联动台上的主令控制器手动控制装置，通过MPI总线与PLC的CPU通信，并把发出的指令信号传给PLC模块，CPU根据这些指令信号，经过处理后进行相应的控制信号输出，传递到各种控制器中。各种控制器带动接触器，从而对天车各控制部分的机构进行有效的运行模式控制。同时，天车上的各限位开关信号发所有的信息反馈给PLC，做好天车作业时的安全保障。系统总图如图1。

图1 系统总图

3 PLC无人天车电气控制系统设计

本文从变频器选择、PLC程序选择与设计、备用应急系统、电气同步与自动纠偏、安全保护5个方面介绍PLC无人天车电气控制系统的设计方法和步骤。

图2 无人天车控制原理图

3.1 变频器选择

无人天车各机构选用FR-A740系列变频器，相比于通用型变频器，其性能具有以下优点：

3.1.1 软件性能更优化核心控制程序针对变量负载在速度控制、转矩控制、电气制动等方面做了更深入的优化。

3.1.2 安全性能好，自身保护功能齐全。提高了安全性能。

3.1.3 具有限流作用，可以减少启动时对电网冲击。

3.1.4 零速全转矩功能。吊钩由运行状态降为零速时，系统先产生一定的转矩并确认转矩的产生，直到电磁制动器将电动机轴抱住为止，从而防止溜钩。

3.2 PLC程序选用及设计

根据输入输出信号的数量、参数和性能要求，PLC选用西门子S7-200CN系列控制器，并采用块式编程，除了具有极高的可靠性、丰富的功能指令集合外，还具有以下优点：

3.2.1 具有6个独立的30kHz高速计数器，用于将二进制码转换成起升高度，同时对起升高度偏差调整更加细微化，使天车设备运行更加平稳。

3.2.2 具有2个RS485通讯编程口，使得变频器开关量控制功能更强大，用于变频器起停和速度给定的开关量控制更加多样化；具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，变频器通信控制功能增强，同时增强了小车及升降机构的各种控制系统。

3.2.3 备用应急系统为防止紧急情况下总线干缆上某点出现损坏，系统还配备了一套相匹配的控制系统，保证在出现紧急情况时，作业也不会被终止。

目前一般无人天车PLC和变频器控制系统设置有两套控制系统，一套采用总线通信，用于正常的操作作业；另一套采用开关量控制，用于应急作业。遇到总线紧急情况时，PLC可以切换两套参数，将总线通信切换至开关量控制，并反馈给主操作界面总线通信故障信号。两套参数在作业速度给定上完全相同，从作业操作角度感觉不出两套参数的切换，在接受到报警信号之后由专业人员排查总线通信故障，故障消除后切换到总线控制模式。

3.2.4 自动纠偏与电气同步对于双沟式无人天车，在启动作业模式后，系统进入自动纠偏模式，以保证双钩作业位置的同步。当偏斜量超过系统限定值后，纠偏指令发生器则进行工作。但PLC系统并不是动态实时纠偏，而是采用设置两个阈值对天车进行有效的纠偏控制。

3.5 安全保护

3.5.1 安全门开关连锁保护在无人天车桥机两侧端梁及平台处设置3只安全门开关，只有所有开关均处于闭合状态，才可以保证天车的有效运行。再打开状态时，接触器不可以进行工作。总接触器处于吸合状态时，这些门任何一个被打开，均会使控制回路不具备条件导致接触器释放，从而可实现无人天车工作人员免受天车设备意外的突然起动所造成的危害。

3.5.2 变频器部分的保护选用的FR-A740系列变频器本身具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，可以有效的对天车进行各种故障的监视和信息通信。

3.5.3 行程保护所有的运动机构部分都设定相应的限位保护，包括主副其中勾，大车运行和小车运行。一旦触碰限位开关，即可会切断运行方向的电源，此时天车只可以往相反的方向运行。

3.5.4 超载保护当天车作业时起重量超过天车设计的95%时，就会出现报警，一旦超过限重就会自动停止运转，此时起重机只能下降，不可以进行上升操作。