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1、中钢集团吉林机电设备有限公司 自动定位车方案 QDY冶金起重机自动定位装置（电气部分）技术方案 共 10 页 第 8页 QDY冶金起重机自动定位装置技术方案一、 系统简介中钢集团吉林机电设备有限公司根据生产工艺的要求，需要在加料跨增设QDY32T冶金起重机一台。该起重机从竖井底部起吊储料罐，起升高度约为40米，到达指定高度后，大车平移距离40米左右，到达加料位，加料结束后，沿原路线返回，整个工作流程要控制在25分钟之内完成。二、 起重机速度配置方案具体详细情况请参照起重机总图。三、 系统配置主起升、大车电机采用佳木斯YZP系列冶金专用电机。主起升电机55KW 2台，大车电机6.3KW 2台，详
2、细情况参见起重机机械总图。本系统的电气控制特点是各机构运行要求速度快，停止时要求定位准确。为了让系统保证能达到以上控制效果，我们采取了PLC集中控制、变频调速定位的Profibus-DP总线控制方案。详细介绍如下：整个控制系统采用PLC控制，现场信号采集采用分布式I/O，现场操作采用联动台控制、触摸屏显示。1、PLC由于整个工艺流程一个周期控制在25min内，这就要求PLC的响应能力、数据处理能力特别强，因此，PLC采用性能优越的西门子S7-300系列PLC。CPU集成128KB WORKINGRAM，用户内存可以通过存储卡扩展至最大8M，运算速度每个位或者字操作可以达到0.2uS。I/O数量
3、均可达到2048字节，此外CPU315-2DP自带两个通讯接口，一个为MPI接口，可以直接与TP270连接；另一个为Profibus-DP主从接口，直接连接现场总线，CPU313-2DP作为主站连接。主站除了CPU313-2DP外，还采用带光电隔离的I/O模块。 2、分布式I/O分布式I/O采用西门子ET-200M模块，ET200M是模块化的I/O，与S7-300信号和功能模块通用，这样可以减少备件的种类，每个接口模块可连接8个S7-300模块并且支持带电热插拔。ET200M与CPU主站之间采用Profibus-DP现场总线连接。四、 控制原理说明：1 变频选择各机构电机采用安川系列的变频驱动
4、，并配有Profibus DP Adapter卡非常灵活地与PLC进行DP通讯；同时，为了保证变频器能快速准确停车定位，变频器都带有制动单元，可以将停车的电机在发电状态的再生能量及时通过制动电阻消耗掉，有效保证了快速停车的要求。主回路是由断路器、接触器、电抗器、变频器组成，由 PLC集中控制。机构在驱动时，变频器从电网吸收电能供给电动机，电动机处于电动状态；机构制动时，变频器从电网吸收较少的能量用于装置正常使用能耗损和电动机的励磁，而负载拖动电动机，电动机处于发电状态。发电产生的电能经与变频器相配套的制动单元、制动电组以热能形式释放。2 PLCPLC采用CPU313-2DP 主站，司机室设有远
5、程I/O站，变频器、编码器作为整个网络的子站。 PLC首先通过自带的I/O点和通过Profibus现场总线连接的远程I/O点实现控制，采集现场的信号，采取相应的处理措施，实现对各个传动点的控制。PLC通过现场总线实现对变频器的控制，并且接受变频器的运行和报警信息。PLC也通过现场总线接受安装在现场的工控机发出的动作信号采取工艺要求的动作，连接在PLC的物理输入信号以及通过现场总线连接的传动装置将实际的动作情况传至PLC，然后再由PLC传送至安装在现场的工控机用于显示和监控。PLC的电源模板进线为单相AC220V，通过隔离变压器供电，保证PLC的可靠运行。PLC与远程I/O的连接由于采用西门子的
6、CPU和远程I/O模块，因此只需要在软件中的硬件配置一项中给不同位置的远程I/O模块定义不同的总线地址，并且配置于PLC的硬件配置中，就自动生成远程I/O的软件地址直接编程使用，很为方便。PLC与各个变频器的连接各个变频器装上Profibus总线适配板DP卡后，可以通过现场总线直接与PLC主站相连接，各个变频器因此成为从站与PLC交换信息。PLC可以独立的向各个变频器发出运行、停止、速度等指令，同时各个变频器也将自身的运行信息以及检测到的电机状态通过现场总线传送至PLC。操作界面：可提供全中文界面。开放特性：允许执行其他执行文件，可集成ActiveX控件，并且可以DDE方式建立应用文件间的联系
7、。根据需要还可以输入和输出各种通用图形文件。图形功能：所提供的图形编辑器可以灵活方便地绘制及显示总平面图、工艺图、工艺区域图、工艺单元图、工艺控制图和单元控制图。安全操作：所提供的用户管理器允许设置用户权限。针对不同的操作者设置相应的加密等级，记录操作员及其操作信息。动态显示：对全部工艺过程、工艺参数、设备状态可以通过颜色变化、百分比、色标填充等手段动态显示。PLC的编程软件STEP7 V5.4该软件编写的程序主要是梯形图程序或者指令语句等。这部分程序完成后只能用专用电缆才能下载到PLC中，真正实现设备的控制和I/O数据交流就是这部分程序。运行正常后应该尽量避免频繁修改。3、编码器为了保证工艺
8、控制的准确性，我们在大车行走位移需要实时测量，通过PLC最优化计算，找到最合适的机构变频的加减速定位曲线，让变频器高效工作，让整个工艺周期控制最短。因此我们采用绝对值编码器，它为每个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值，特别是在定位控制应用中，绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务，从而减轻了复杂和昂贵的输入装置。当机器合上电源或者电源故障后在接通电源，不需要回到位置参考点就可以利用当前的位置值。结合本系统的控制要求，优先采用倍加福PSM58 带DP接口的编码器，一旦配置好编码器的DP通讯地址，它就成为Profibus总线的上一个DP接点直接与主CPU相连。同时，绝对值编码器还有一个重要的特
9、点：即使整车电源掉电的情况下，也能准确记忆当前的位置，这样为系统的提供可靠的安全保障。为方便检修维护，在车上电气室上设置AC36V、AC220V电源插销盒。4、系统保护总电源 总电源实现三级保护。一级保护断路器选用施耐德系列产品，具有系统短路保护、失压、缺相、接地故障等保护功能；二级用总接触器联锁保护，当机构紧急情况或下班时，可切断总电源，；三级保护在驱动机构变频器上口加装上电断路器、接触器，当机构故障时，快速切断该主频器主电源，防止事故障扩大。行车机构的保护行车机构，多采用单台变频器驱动多台电动机，因此，在各自驱动电机上均有热继电器作为可热过载保护。在大车行车运行时，装设上行车方向两侧的声光
10、报警装置发出声光报警信号，警告行人，防止与起重机碰撞。零位保护各机构均装有零位保护。开始运行或失重新上电时，必须将各主令控制器手柄置于零位后，才能启动，以防止误操作产生大电流冲击或自动启动等事故。超载限制主副钩配有超载限制器。单钩起吊重量90%左右时发出报警信号，达到105%左右时提升机构停止上升，只能下降，并发禁止性报警信号。起重机上载荷控制器具有两路输出，一路给司机室超载仪表，供手动调试使用，一路带有420Ma输出，给远程控制用以判定料罐去向选定。同时结合各个料位仓的仓储情况，发送料罐去向命令，以有源点的方式作为外部输入发送给本系统使用。 其它保护主钩控制采用点一共有三个限位保护，其中设两
11、个上限位，一个下限位,可以采用DZX4/4旋转式加上重锤限位进行保护。各门仓限位及安全开关各门仓限位具有电气联锁保护装置，任何一个门打开时，所有机构均不能动作。本车设置足够的安全保护装置和设备：u 起升机构：机械式超速开关2个，安装在起升电机上。u 提升重锤限位开关1个，检测提升超极限。u 提升旋转限位开关 1个，检测提升上限位、提升塔下限位、料槽下限位等。u 提升超载保护 1套，检测起重机超载。u 提升减速监测保护开关。u 走行定位开关。五、 操作说明：整套电气控制系统由目前先进的传动控制技术和PLC控制技术组成。起升和大小车行走部分采用变频控制，控制系统采用PLC控制，起升、大小车行车同步
12、定位依靠PLC和绝对值编码器数据交换完成，电气系统偏差5mm。整个系统具有成熟的技术、完善的检测、可靠的控制、先进的诊断功能，最大限度的满足了客户的使用要求。手动调试如果选择了“工作站手动操作”，则只能在料仓加料平台处的工作站进行手动操作，此操作通过硬线连结进行，操作过程必须与指挥人员密切配合。主起升部分调试，可以根据上下限位三个位置的高低，调整DZX4/4反复试车，准确无误后锁紧，作为上下方向的定位依据。然后调试大小运行，根据放料仓的位置，在设备现场，使用手动方式测算出各个位置的编码器的反馈值，反复试验准确无误后，作为自动定位时的最终位置。变频器的速度命令参数设定，包括主CPU发送数据的大小
13、，加减速的位置、长度测定。另外还包括超载限制器，极限位置限位开关等部分的调试，手动部分的调试是很繁琐又必须要做的，它为以后自动部分运行的准确程度，有着密不可分的关系。自动调试起重机PLC系统自动实现速度变速控制，按照热料装载系统发出的指令实现提满料罐、大车行走、放满料罐、等待卸料、提空料罐、大车回走、小车回走、进入待机位置、放空料罐到运输车等一整套的工艺运行。集中自动控制系统的核心为6ES7315-DP PLC和PSM58绝对值编码器。控制系统根据料仓料位传输的模拟量信号，自动判定下一次要送料去的料仓信号发送给PLC系统。PLC系统根据接收到的去向命令，决定走形顺序及程序。（以下按照去1#料仓为例，其他料仓情况类似）起升机构从竖井底部起吊料罐，运行到加料高度，起升机构停止运行此处作为编码器开始计算行程的零位。大约0.5秒后，大车开始运行，编码器开始计数（以150为例）走到A位后，变频器开始加速到50HZ满速运行，走形到B位时（以850为例）变频器开始减速，以35HZ速度爬行，这样做可以减少大车运行的惯性，避免到限位时冲过，到达终点限位时候，大车停止运行。此时编码器记录的值就是到达1#料仓的准确走形距离。大小车停止运行0.5秒后，主钩开始下降，到达合适的位置后，开始减速到35HZ运行，这样做也是为了减少主钩运行的惯性，避免到限位时冲过。到达指定的
