安川616 G5变频器在桥式起重机改造上的应用

    ①桥式起重机变频调速系统组成    桥式起重机变频调速系统主要由工业触摸屏系统、PLC控制系统、变频调速系统组成。系统结构如图5-14。
    图5-14    桥式起重机变频调速系统组成    a．功能要求    桥式起重机大车、小车、主钩、副钩的电动机都需独立运行，大车为4台电动机同时拖动，所以整个系统有7台电动机，4台变频器，并由可编程控制器分别加以控制。起重机必须实现的操作功能有：主钩升降，副钩升降、大车运行，小车运行；保护功能有：主副钩上升限位、下降限位、大车限位、小车限位，主副钩及大小车电机的保护等。    b．工业触摸屏系统    工业触摸屏系统采用5.7英寸西门子产品TP170B，与PLC控制系统连接，利用强大的工业触摸屏组态软件进行开发，它一方面采用直观人机界面，能够明确指示操作员机器设备目前的状况，使操作简单生动，减少失误；另一方面人机界面具有故障显示及控制变频器全变频调速等功能，只需点击画面上的按键，与其相关的文件数据就被激活，通过上位机和下位机通信，实现对设备的实时监控。    c．PLC控制系统    根据起重机实际应用的要求，可选用日本三菱公司FX2N-128MR型可编程控制器作为起重机的中枢控制系统。基本配置包括：主处理单元FX2N-128MR、扩展单元FX2N-16EX、稳压电源、继电单元。FX2N-128MR为继电器输出类型，输出64点，输入24VDC，64点；FX2N-16EX为16点输入单元。主处理单元配有通信接口，可以和上位机通信。其作用为：①控制起重机大车、小车的运行方向和速度换挡。②接受电机的旋转编码器经PG数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑，减小了传统的继电一接触式控制的中间环节，减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性、可靠性。    d．变频调速系统    起重机各机构负载为恒转矩负载，生产厂普遍选用带低速转矩提升功能的电压型变频器，如日本的安川、三菱、富士、德国的西门子及丹麦的丹佛斯等。其中安川变频器具有较合理的价格，完善的理论计算书及辅件推荐值，有利于用户合理选用。本选用日本安川616 G5变频器。对于大车，采用一台变频器控制4台同样电机拖动大车，保持大车的同步运行。调速范围一般应在6：1。变频器容量应为一台电机的4倍。小车采用一台变频器控制一台电机，因行程较短，调速范围一般应在4 ：1。对于主、副钩的拖动，因为在重物开始升降或停止时，要求制动器从抱紧到松开再到抱紧的动作过程需要一段时间，而电机转矩的产生或消失在通电或断电瞬间就立刻反映。这样在两者动作的配合上极易出现问题，所以必须加上由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统，这样可使主副吊钩拖动更加稳定、可靠。    ②控制系统设计    根据起重机工作要求，要实现对变频器的控制，PLC必须接受操作信号并进行综合处理和控制变频器输出，驱动电机动作，它与变频器之间的联络主要有：多段速控制信号、制动信号、正反转信号、运行应答、达速控制、故障处理等。主提升机构系统图如图5-15所示。
    图5-15    控制系统组成    ③系统软件设计    根据起重机工作要求，将控制程序模块化，主要包括主钩控制模块、副钩控制模块、大车控制模块、小车控制模块、保护功能模块等。程序模块化不仅减少了程序语句，缩短了程序处理时间，提高了控制系统的响应能力，还利于实现起重机带载快速调试，便于调试人员迅速查找、优化程序。以主钩控制模块为例加以说明。    a．工作过程    利用变频器内部设定的多段速功能，可自动完成主钩的启动、提升、下降功能。为防止带载提升时出现溜钩，利用变频器自检测的达速信号作为抱闸打开指令，这样在抱闸打开之前电机已经输出提升转矩保证吊物稳定运行。如果负载超出提升能力限制而导致溜钩，速度传感器检测速度变化异常，立即发出超速信号，通过PLC综合处理，控制抱闸闭合变频器停止运行，并向操作人员显示故障。    b．控制流程    如图5-16所示。副钩、大车、小车电动机运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现上也基本相似，只是电动机工作状态和工作过程稍有区别，只需在此基础上稍作修改即可。
    图5-16    控制流程    ④应用效果    可编程序控制器与变频器结合应用于桥式起重机控制系统，提高了操作精度和稳定度；综合保护功能完善，便于及时发现、查找、处理故障。