PLC和变频器在烟支输送储存系统中的应用

圈熨霸图密围窝翰整 偶傅零醯 囤应 上海大学机电工程与自动化学院精密机械工程系 刘炼谈士力 王刚 国内生产的卷烟机 包装机 烟支输送存储器 等烟草机械设备 大多引进国外技术 自动化程度 很高 调速系统多采用进口直流电机 及调速系统 成本很高 直接影响了企业的经济效益 而交流电 动机 特别是笼型异步电动机 结构简单 价格低 廉 坚固耐用 惯量小 运行可靠 维护量小 因 而由变频器与三相异步电动机构成的交流调速系 统 不仅能适应各种需要调速的工况和环境 而且 凋速系统的精度 可靠性 保护功能 动态性能等 指标已可与直流电动机调速系统相媲美 随着电力电子技术和计算机控制技术的发展 P W M控制 矢量控制等先进的控制方法得以实现 烟草机械设备中越来越多的直流调速系统被交流变 频调速系统取代 不仅降低了成本 提高了经济效 益 而且增强了设备运行的安全性 减少了用户的 维修开支 提高了生产率 本文主要阐述三菱变频 器在烟支输送储存系统中的应用情况 1 系统组成及硬件配置 烟支输送储存系统相当于一个缓冲器 连接卷 烟机的出口和包装机的入口 系统运行时 烟支经 输送带由卷烟机出口输送到包装机入口 由于需要 传输的烟支数量很大 所以系统采用双电机驱动 系统要求输入输出电机的转速分别根据卷烟机的出 烟量和包装机的进烟量进行调节 而卷烟机的出烟 量和包装机的进烟量是随机变化的 这就要采用变 频调速的方法来满足控制要求 由 n 6 o f 1 一s p 可知 当极对数 P和转差率 s 不变时 电机的 转速 凡与电源频率 厂 成正比 只要改变电源频率 就可以调节电机的转速 烟支输送储存系统的谰速控制系统主要由P L C 起重运输机械 2 0 0 6 2 控制器 光电开关 烟支输入电机 M1 烟支输 出电机 M 2 等组成 系统组成框图如图 1 所示 堡 堡 堕 堡 卜 团亟 P L C 赢 图 1 系统组成框 图 光电开关等传感器将运行过程中的状态信号和 设定信号检出 发送到 P L C的输入单元 P L C执行 用户程序 并通过变频器 l 和变频器 2 分别向输入 电机 M 1 和输出电机 M 2发出操作命令 M1 和 M 2 的转速需要根据卷烟机出烟量和包装机进烟量分别 进行调节 基于多方面考虑 系统采用 1 O M R O N公 司生产的 C Q M1 一C P U 1 1 型 P L C 内存 3 2 k字节 最大 I O点数 1 2 8 点 R S 2 3 2 接 口 1 台 2 三 菱 F R A 5 4 0 0 7 5 K C H变频器 0 7 5 k W 2 台 3 Y 8 0 2 4型三相异步电动机 额定值为 A C 3 8 0 V 0 7 5 k W 极对数 P 4 同步转速 l 5 0 0 r I I l i n 2台 4 R MI 2 3 0 2 2 N K型光电开关 对射 式开关接收器 外形 M1 2 8 1 工作 电压 D C 2 4 V 检测距离2 0 c m 输出状态为三线 N P N常开 6 个 2 P L C与变频器的应用 整个控制系统的操作设为自动和手动 2 种模 式 正常情况下 系统工作在 自 动模式 手动模式 在故障情况时使用 2 1 自动模式 自动模式下 变频器 1和变频 器 2接受来 自 一 2 5 维普资讯 P L C的信号 自动对输人输出电机变频操作 以满 足系统运行的要求 输入电机 M 1 的作用是通过输 送带把烟支从卷烟机出口处送人输送储存系统 其 转速和卷烟机的出烟量有关 而输出电机 M 2的作 用是通过输送带把烟支从输送储存系统送人包装机 人口处 其转速和包装机的进烟量有关 2电机的 变频调速方法类似 在此仅介绍输入电机 Ml 的调 速 为方便操作 实现远程控制 变频器 1 设置成 外部控制状态 由于系统对烟支的输送不需很精 确 所以采用多段速度设定的方法来调节输入电机 的转速 首先 在变频器上设定好高速 中速和低 速运行的频率 然后 P L C根据光电开关的状态 经过逻辑运算处理 发出控制信号作用于变频器 使电机 M 1 按要求运行 因为出烟量和烟层高度成 比例 所以在卷烟机的出V 1 处安装了3 个光电开关 S Q 1 S Q 2 S Q 3 来检测卷烟机出口处的烟层高度 P L C读取 3 个光电开关的状态 以获取当前烟层高 度 3 个光电开关将烟层分为4 个区 如图2 1 区 时 3 个光电开关均未被遮挡 说 明出烟量最小 电机应停止 4区时 3个光电开关全部被遮挡 说明出烟量最大 电机应全速运行 即从 1区到 4 区 出烟量越来越大 电机 M1 的速度应逐次升 高 P L C 根据 3 个光电开关的状态 由相应的输出 点发出控制信号 控制对应的继电器 再由继电器 的触点控制变频器的数字量输入端 从而实现各挡 速度的改变 根据系统实际运行情况 设定 1 区频 率为0 I I z 2 区频率为 1 0 H z 3 区频率为 3 0 I Iz 4 区频率为 5 0 H z S Q3 S Q 2 S Q1 图2 卷烟机出口处烟层高度检测示意图 2 2 手动模式 系统出现故障 需要调试维修时 可将系统切 人常规的手动起停操作 根据系统实际情况 在变 频器上设定点动频率为5 H z 2 3 P L C相关程序设计 P I E程序必须包含 自动模式和手动模式 相关 一 2 6 一 梯形图如图 3 所示 在 自动模式下 电机只需考虑 正转 在手动模式下进行调试时 电机要既能正转 又能反转 图 3 P L C相关梯形图 3 使用变频器的注意事项 1 多段速度频率设定首先根据系统运行的 实际需要 按电机可达到的最高转速来确定频率上 限值 再根据烟层高度 通过计算 设定运行过程 中高中低速对应的频率值 2 变频器和 电机之间不要加装交流接触器 因为变频器输出时断开或闭合接触器会产生较大的 电压变化率 对变频器的输 出模块有不利影响 3 变频器必须可靠接地 这样可有效抑制电 磁干扰 控制信号线必须使用屏蔽线 以减小干 扰 4 结论 实践证明 P I E和变频器组成的变频调速控制 系统在烟支输送储存系统中的应用是切实可行的 它提高了系统运行的稳定性 降低了烟支的损坏 率 减少了电机的耗电量 降低了生产成本 如果 将 P L C 与计算机通过 R S 2 3 2 接口进行串行通讯 此 控制系统还可以实现计算机监控 实时显示各种数 据和图表 具有广阔的应用前景 起重运输机械 2 o 0 6 2 维普资讯 履带起重相活动支腿的结构 武汉大学动力与机械学院李红巫世晶 石朝阳 湖北电力建设二公司 王永武彭爱国 摘要 结合国产材料的性能 以进 13 M 2 5 0型履带起重机活动支腿金属结构为例 论述用 A N S Y S 8 0 进行 有限元应力分析的过程 阐述了在分析过程中复杂模型建立 网格划分和边界条件处理等主要步骤和方法 针 对其中的接触问题等难点提出了有效的分析方法 得出了该结构的应力图 并根据此应力图对其结构进行了改 进 消除了潜在的应力集中问题 为实现活动支腿的国产化提供了理论支持 关键词 履带起重机 有限元 活动支腿 接触分析 A b s t r a c t T a k i n g t h e s t ru c t u r e o f t h e m o v e a b l e o u t r i g g e r of th e M 2 5 0 c r a w l e r c r a n e a s a n e s e a I h o b j e c t t h i s p a p e r i n t m d u c e s the w a y s of u s i n g f i n i t e e l e me n t s o f t w a r e A NS Y S 8 0 t o e s t a b l i s h t h e mo d e 1 d i v i d e me s h a n d s e t u p t l d b o u n d a r y c o n d i t i o n s Th r ou g h t h e an a l y s i s of the d i ff i c u l t p r o b l e ms s u c h聃 c o n t a c t i n g i t g i v e s t h e o p i n i o n o n t h e b a s i s o f s t 4 I S S dia g r a m on i mp r o v i n g t h e s t r u c t u r e t o r e m o v e t h e s t r e s s c o n c e n tr a t i o n T h e res u l t p r o v i d e s t h e t h e o r e t i c al b a s i s f o r t h e d o me s t i c o u t r i gge r ma n ofa e t u r e I y w o r d s c r a w l e r c r a n e fi n i t e e l e me n t m o v e abl e o u t r i gge r c o n t a c t i n g a n aly s i s 活动支腿是与履带起重机车配套使用的机构 利用活动支腿能有效扩大其工作范围 由于支腿的 结构比较复杂 往往由国外进口这种配件 本文以 与M 2 5 0 型履带起重机配套的支腿为例 利用大型 分析软件 A N S Y S 对其金属结构进行有限元分析 得出构件的应力和位移分布图 通过应力和位移 图 方便地找到了应力危险区和机构中刚度薄弱的 部位 并针对危险区进行改进 为进一步改善结构 的受力情况及改进结构提供了理论依据 为实现这 种配件的国产化提供了理论支持 l 设计步骤及方法 对于这种复杂的结 构 直接在 A N S Y S下创建 模型不太容易 为此 首先在 P m E中创建分析所 需要的实体模型 然后利用 A N S Y S与 P r o E软件 的数据交换接口 把在 P r o E中创建的模型直接导 图 1 活动支腿金属结构 1 液压缸2 定位板3 上筋板4 侧筋板 5 轴套6 下筋板7 回转轴套8 回转轴 9 轴销1 0 弹簧1 1 手柄1 2 定位孔 l 3 斜套l 4 回转台 参考文献 1 日本三菱电机株式会社 i菱变频调速器 F R u A 5 0 o 使 用手册 2 李永明 赵秀华 许诗刚 P L C在香烟小包机控制系统