基于PLC的塔式起重机控制系统的设计.pdf

邮局订阅号:8 2 - 9 4 63 6 0元/年 技 术 创 新 控 制 系 统 P L C技术应用2 0 0例 您的论文得到两院院士关注 1传统的塔式起重机的控制现状 塔式起重机是我们建筑机械的关键设备, 在建筑施工中起 着重要作用, 我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百 年塔机发展的路程, 如今已达到发达国家水平并跻身于当代国 际市场.随着高层建筑发展, 对施工机械提出了新的要求.于是, 1 6 0 T M附着式、4 5 T M内爬式、1 2 0 T M自升式等都由我国自己设 计并制造; 八十年代, 国家建设突飞猛进, 建筑用最大的2 5 0 T M 塔机也应运而生.进入九十年代, 现代化进程不断加快, 国内外 市场对塔机要求越来越高, 众多城市大型建筑、 水利、 电力、 桥 梁等不断增加, 市场的要求加快了新产品开发的力度, 先后有 4 0 0 T M、9 0 0 T M水平臂和3 0 0 T M动臂式塔机. 9 0年代开发生产 的塔机产品技术性能均显著提高,起升机构采用三速电机驱 动、 涡流制动、 电动换挡减速箱, 变幅回转采用双速电机液力联 轴节驱动, 或采用变频调速, 有多种速度, 工作平稳生产效率高. 安全装置齐全, 动作灵敏可靠, 装有防止误操作和野蛮操作装 置, 可杜绝安全事故。 随着功率电子技术的发展, 早在六十年代后期, 国外就开始 致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究.目前, 该技术己进 入了成熟稳定的发展应用阶段.可编程序控制器P L C引入到交 流电气传动系统后, 使传动系统性能发生了质的变化.在塔式起 重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、 检测显示等, 达到了新 的技术高度。 由变频器构成的交流调速系统可取代直流调速系统, 是随着 计算机技术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然 结果, 符合起重机的发展趋势, 适合发展大起重重量的起重机。 2塔式起重机P L C控制系统原理 本系统将塔式起重机控制系统由继电器控制改为P L C控 制, 四大机构调速均采用变频调速.塔式起重机控制系统的系统 总框图如图1所示。 塔式起重机的起升、 变幅、 回转、 运行电动机都需要独立运 行,整个系统由6台电动机和4台变频器传动,使用一台P L C 加以控制。 图1系统总框图 运行机构的起动时间应尽量符合实际需要,起动迅速而平 稳; 机构的电气制动方式必须着重考虑.对不同的工况, 可选择 自由制动方式与强制制动方式.在运行机构正常停止时, 可选用 自由停止方式, 其停止时间可按实际生产中的运行情况设定, 以 尽量满足司机操作塔式起重机的需要为主.为保证起升机构起 动时具有足够大的起动转矩,可以通过设定机械制动器的打开 时间、 变频器的最低运行频率、 运行电流之间的关系, 以满足机 构负载特性的要求。变频器内部参数的设定能保证机构具有良 好的调速精度及起制动性能,由于起升机构电机需使用脉冲编 基于 P L C的塔式起重机控制系统的设计 T O WE RC R A N EC O N T R O LS Y S T E M D E S I G NB A S E DO NP L C (长沙理工大学)贺勇陈建华 H EY O N G C H E NJ I A N H U A 摘要:本文针对传统的由继电器接触器控制的塔式起重控制系统可靠性差、 操作复杂、 故障率高、 电能浪费大、 效率低等缺点 提出将可编程序控制器和变频器应用于其控制系统.在塔式起重机提升机构加上一套由旋转编码器、P G数模转换构成变频 器闭环系统.结果表明: 该系统使用方便, 具有良好的动态调整性能,极大提高了系统的稳定性、 可靠性. 关键词:可编程序控制器; 塔式起重机; 稳定性 中图分类号: T P 2 7 3 + . 5文献标识码: A A b s t r a c t :T ot r a d i t i o n a l t o w e rc r a n ec o n t r o l s y s t e m u s e dm a i n l yr e l a yc o n t a c t o rc o n t r o l , B e c a u s eo f i t ss h o r t c o m i n g so f r e l i a b i l i t yw o r s e a n do p e r a t i o nc o m p l i c a t l y , a n dt h eh i g hf a i l u r er a t e , e n e r g yw a s t ea n dl o we f f i c i e n c y, T h ep a p e rd e s i g naP L C - b a s e dc o n t r o l s y s t e m o f t o w e rc r a n e sb yP L Ca n dF r e q u e n c yC o n t r o l S y s t e m . T h et o w e rc r a n eh a sal i f t i n gm e c h a n i s m b yr o t a r ye n c o d e r , P Gd i g i t a l - t o - a n a l o gc o n v e r t e r c o n s t i t u t ec o n v e r t e r c l o s e dl o o ps y s t e m .T h er e s u l t s h o w st h es y s t e mi se a s yt ou s ea n dh a st h ed y n a m i ca d j u s t m e n t f u n c t i o ne f f i c i e n t , i t sr e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t ya r ei m p r o v e dd y n a m i c . K e yw o r d s : P r o g r a mma b l e C o n t r o l l e r,T o w e r c r a n e,S t a b i l i t y 文章编号: 1 0 0 8 - 0 5 7 0 ( 2 0 0 7 ) 0 8 -1- 0 0 8 5 - 0 2 贺 勇:讲师 硕士 8 5 - 技 术 创 新 中文核心期刊 微计算机信息(测控自动化) 2 0 0 7年第2 3卷第8 -1期 3 6 0元/年 邮局订阅号:8 2 - 9 4 6 现场总线技术应用2 0 0 例 控 制 系 统 码器作为速度反馈装置.通过测量脉冲编码器的脉冲数, 利用二 者之差控制电机的速度,所以选择脉冲编码器及其安装时, 应 当考虑周全。 3系统硬件设计 电气控制系统原理图主要包括主电路和P L C外围接线图。 1 .主电路共有六台电机, 同时带有风机冷却装置。 2 . P L C外围接线电路的I / O接线信号分别与表1中的I / O名称 相对应。 表1S 7 - 2 0 0 I / O分配表 4系统软件设计 根据塔式起重机控制电路的工作原理, 绘制软件流程图如 图2所示。 在本系统中,P L C程序设计的主要任务是接受外部开关信 号(按钮、 联动控制台继电器)的输入, 判断当前的系统状态以及 输出信号去控制接触器等器件, 以完成相应的控制任务。 系统部分梯形图如图3所示。 图2系统软件流程图 图3梯形图 5结论 本文设计的塔式起重机P L C控制系统在实验室调试以后, 已成功应用于长沙某大型起重机公司,系统经过六个月的连续 运行,从未发生一次故障,与传统的塔式起重机控制系统相比 较, 具有以下优点: 1 .使用方便; 2 .具有良好的动态调整性能; 3 .极大提高了系统的稳定性、 可靠性; 4 .每年可节约维修成本1万元左右(据使用该塔机的公司 粗略统计, 与之前相比, 经济效益每年可提高5 0多万元), 运行 效率极大地得到了提高。 经实践证明:本系统的设计是行之有效的, 具有良好的应 用价值。 本文创新点:对传统的继电-接触器控制的塔式起重机进行 改造, 设计了一套基于P L C的塔式起重机控制系统, 已投入使 用.实践证明:该系统使用方便, 具有良好的动态调整性能,极大 提高了系统的稳定性、 可靠性。 参考文献 1 中华机械网. 塔式起重机的历史发展和存在问题 E B / O L . h t t p : / / c h i n a . m a c h i n e 3 6 5 . c o m / n e w s / 0 5 0 2 0 2 / 2 / 4 1 5 9 3 _ 1 . h t m l , 2 0 0 5 - 0 2 - 0 2 . 2 刘佩衡. 我国塔式起重机行业发展历程. 北京: 中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社， 2 0 0 3 ( 1 0 ) - 2 0 0 4 ( 1 ) . 3 张礼华. P L C在塔式起重机电气控制上的应用 J . 南京工业职 业技术学院学报. 2 0 0 4 . 4 ( 3 ) 4 - 6 . 4 赵闪. S I E M E N SS I M A T I CS 7 _ 3 0 0P L C在锅炉计算机监控系统 中的应用 J 微计算机信息. 2 0 0 3 ， 1 9 ( 8 ) ， 2 4 - 2 5 5 张万忠. 可编程控制器入门与应用实例 M . 北京: 中国电力出 版社， 2 0 0 5 . 6 李泰炯， 田中平， 谢其盛. 塔式起重机控制系统的改进 J . 维普 资讯， 2 0 0 6 ( 2 ) 6 2 - 6 3 .( 下转第 9 6 页) 8 6 - 技 术 创 新 中文核心期刊 微计算机信息(测控自动化) 2 0 0 7年第2 3卷第8 -1期 3 6 0元/年 邮局订阅号:8 2 - 9 4 6 现场总线技术应用2 0 0 例 数 采 与 监 测 m m, 直径为5 5m m的平行光管。 4 . 2C C D镜头焦距计算 根据图3的光路和成像分析, 平行光管分划板图像经过平 行光管镜头D p和微光瞄具物镜成像Do在像增强器的阴极上, 成像关系为, 为负像。像增强的图像传输是倒像的方 式, 在荧光屏的显示为正像,。图像再经过微光瞄 具目镜D e和变焦镜头Dc成像在C C D探测器的像敏感面上, 成 像关系为, 为负像。要求的图像大小成像在C C D敏 感面以较短边4 . 8m m为直径的圆内。综合上面的关系可以有 ( 2 )的关系: ( 2 ) 根据上面的检测系统部件的选择,平行光管D p的焦距的 f P= 5 5 0m m,相对D / f孔径为1 / 1 0,所以平行光管的直径为5 5 m m。 本次检测的微光瞄具是物镜Do焦距为f o= 8 0m m, 像增强器 为倒像方式,输入/输出直径为 1 8 / 1 8,瞄具是物镜D e焦距为 f e= 2 0m m。C C D摄像机D H - H V系列为C M O S传感器, 尺寸为1 / 1 . 8英寸, 理论计算像敏面宽高为6 . 7 2m m 5 . 0 4m m, 实际应用 像敏面宽高约为6 . 4 4 . 8 m m。 由上面给出的数据,平行光管分划板可视直径应该是0 m m y 5 5m m, 实际制作的分划板为5m m y 5 0m m。终端 C C D像敏面显示的图像按照充满像敏面高4 . 8 m m为直径的圆, 这样有利于系统检测与分析, 所以取最大为4 . 8m m。 把上述的数据代入下面的关系式( 3 ) ,得到如下表1的C C D 变焦镜头焦距计算数据: ( 3 ) 根据上述计算表格的数据可以分析, 在平行光管分划板可 视直径取5m m y 5 0m m变化, 终端C C D像敏面显示的图像 按照充满像敏面时,C C D变焦镜头焦距( f c)应为1 2 . 9m m fc 1 3 2m m, 实际工程选择的C C D变焦镜头焦距( f c) 为1 2m m f c 7 5m m, 完全可以达到系统检测指标要求。 表1C C D变焦镜头焦距计算数据 5结论 利用上述构成的微光枪瞄多环境试验检测系统, 对瞄具实 际环境试验进行测试, 参照美军M I L - S T D - 8 1 0标准和我们国家 W2 3 6 0 兵器产品自然环境试验方法 环境因素监测 标准、 环境 工程军用标准G J B4 2 3 9 - 2 0 0 1 装备环境工程通用要求 , 其测 试数据可靠, 完全达到军方要求。系统是在Wi n d o w s环境下利 用D e l p h i编程实现数据采集、 分类和运算, 最后可以输出“ 枪瞄 零位走动量测试报告” 。在多环境试验的基础上,对微光枪瞄的 重要部件(如光学镜片,分划板,像增强器及环型紧固垫圈等)展 开建模,进行分析和优化,为微光枪瞄的多环境试验优化设计提 供了可靠依据。对获得的图像运用现代图像处理和小波分析理 论, 其测量精度0 . 0 5 m i l ,测量范围4 0 m i l, 达到项目要求。 创新点说明: 在国内军品生产行业首次将现代图像处理技术 与光电检测设备相结合应用到微光夜视仪的多环境试验L N S M T ( L o w - l e v e l - l i g h t N i g h t S i g h t M u l t i - e n v i r o n m e n t a l T e s t )检测过程中, 为直视瞄具生产和检测提供了系统成像质量的精确判据。 参考文献 1 祝耀昌 产品环境工程概论 M 北京： 航空工业出版社， 2 0 0 3 2 M I L - S T D - 8 1 0 F C o n s i d e r a t i o no f E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g a n dL a b o r a t o r y T e s t S U . S . A .D e p a r t m e n tO fD e f e n S e 2 0 0 0 3 郝红侠 高有行 基于 U S B 2 . 0的 C C D高速光栅检测系统的设 计 J 微计算机信息， 2 0 0 6 ， 3 - 1 ： 1 5 0 - 1 5 4 4 王中民 瞄准仪器原理与设计 M . 北京： 北京理工大学出版 社， 1 9 9 6 5 G J B 4 2 3 9 装备环境工程通用要求 S 总装备部军用标准化 研究中心， 2 0 0 1 6 张军 利用 D e l p h i 编程实现现场数据采集 J 微计算机信息， 2 0 0 2 ， 1 2 ： 3 3 - 3 4 作者简介:高有堂( 1 9 6 5 - ) ,男,河南周口人,南京理工大学在读博 士,南阳理工学院副教授,主要从事微光夜视技术、 光电图像处理 与系统研究工作; 常本康( 1 9 5 2 - ), 男, 博士, 光电工程, 教授。 B i o g r a p h y :G a oY o u t a n g( 1 9 6 5 -) , M a l e , Z h o u k o uH e n a n P r o v i n c e , H ei sc u r r e n t l yaP h Dc a n d i d a t ef o rt e c h n o l o g yo f L L L n i g h tv i s i o n , e l e c t r o n i cs c i e n c et e c h n o l o g ya n do p t o e l e c t r o n i c i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g a tN a n J i n g U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,a s s o c i a t e p r o f e s s o r o f N a n y a n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y . ( 2