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垃圾抓斗橋式起重機自動化最新技術(shù)

發(fā)布時間：2021-03-16 瀏覽：756次

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基于5G信號的垃圾抓斗橋式起重機電氣智能控制技術(shù)

PLC(可編程控制器)+變頻傳動+觸摸屏監(jiān)控組成的電氣控制系統(tǒng)

一

、概況：起重型號及規(guī)格：Gn=10t

，S=16m

。

(1)作業(yè)范圍：用于垃圾焚燒作業(yè)

。

(2)基本要求

1)起重機的額定起重量：10t(吊具下)

，;起重機的走行軌的軌距為：20m

。

2)大車運行距離80m

。

3)小車跨度為16m

。

4)配備3t以下檢修葫蘆吊

。

5)檢修平臺架設(shè)在端梁

，并貫穿整個端梁。

6)起升高度14m(自吊具底部計算)。

B.大車、小車部分

1)大車輪800mm

，16輪運行，8驅(qū)

，單個電機11kw

。

2)大車制動與防風(fēng)制動分開布局

。(設(shè)置輪邊制動器為工作制)

C.吊具：中級不銹鋼4繩抓斗

。

二

、電氣系統(tǒng)方案

由供電系統(tǒng)

、PLC控制系統(tǒng)、各機構(gòu)變頻傳動系統(tǒng)

、聯(lián)動臺操作、故障監(jiān)控系統(tǒng)幾個部分組成

。

1、概述

1.1

、橋機電氣系統(tǒng)采用“PLC(可編程控制器)+變頻傳動+觸摸屏1監(jiān)控”組成的電氣控制系統(tǒng)

。

1.2PLC實現(xiàn)整車的邏輯控制

，采用SIEMENS公司S7系列產(chǎn)品

，通過PROFIBUSDP總線通訊將各個變頻控制系統(tǒng)與PLC連接

，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換

。

變頻傳動驅(qū)動各機構(gòu)協(xié)調(diào)動作

，實現(xiàn)平穩(wěn)可控運行

，變頻器采用安川變頻器

。

觸摸屏監(jiān)控實現(xiàn)對整機狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷

，觸摸屏采用SIEMES公司觸摸屏。

1.3

、優(yōu)點

1.3.1、精確的電機控制有效降低機械磨損：變頻器可精確控制電機的轉(zhuǎn)矩

，無級調(diào)速

，實現(xiàn)機構(gòu)的零速抱閘，使機械沖擊降至最低

，有效延長設(shè)備的使用壽命;

1.3.2、強大的通訊總線使控制系統(tǒng)簡潔并具有更高的控制性能：PROFIBUSDP總線的使用使電氣設(shè)備間控制電纜的數(shù)量極大減少

，使系統(tǒng)的可靠性大大增加，且為系統(tǒng)的智能故障診斷提供了大量的診斷原始數(shù)據(jù);

1.3.3

、實時的狀態(tài)監(jiān)視及智能的故障智診斷：采用觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)運行

，使系統(tǒng)具備實時的狀態(tài)監(jiān)控畫面

，且能進(jìn)行智能故障診斷;

、供電系統(tǒng)

2.1

、電源：380V50HZ

，三相四線

2.2、供電回路保護(hù)：設(shè)有過載

、短路、過流

、過壓、欠壓

、過熱

、漏電

、失壓

、缺相

、錯相等可靠的電氣保護(hù)措施

。2

2.3、安全保護(hù)：各通道門設(shè)有限位開關(guān)

，在司機室、小車架

、主梁中部、電氣房設(shè)有急停開關(guān)

，以保證有人員通過和急停開關(guān)動作時設(shè)備不能運行

。

3、拖動系統(tǒng)方案

3.1

、門機傳動系統(tǒng)采用安川CH700內(nèi)置防搖軟件系列起重專用變頻器,對各機構(gòu)電機進(jìn)行驅(qū)動控制

。變頻器與可編程控制器(PLC)以PROFIBUSDP總線的方式實現(xiàn)機構(gòu)的自動化控制

，以實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制要求。

3.2

、安川CH700變頻器的特點及優(yōu)越性能

3.2.1、安川CH700系列變頻器是安川公司最新推出的重負(fù)載變頻器

，在重型工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮穩(wěn)定出眾。極強的過力矩能力：可達(dá)150%60s過載能力;

3.2.2

、零速高轉(zhuǎn)矩：由CH700帶動的電機在零速能夠獲得在時電機150%-200%額定轉(zhuǎn)矩

，可以確保電機在啟動

、減速

、停車時平穩(wěn)性;

3.2.3、控制精度高

，動態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)越：動態(tài)轉(zhuǎn)速誤差在開環(huán)應(yīng)用時為±0.2%，在閉環(huán)應(yīng)用時為±0.01%;

3.2.4

、調(diào)速范圍廣，開環(huán)時達(dá)到1：100

，閉環(huán)時到達(dá)1：1500;

3.2.5

、完善的保護(hù)功能：包括瞬時過電流保護(hù)

、瞬時斷電失壓保護(hù)

、接地保護(hù)

、冷卻風(fēng)機異常

、超頻(超速)保護(hù)、缺相

、超載、過熱等保護(hù)

。

、起升機構(gòu)4.1、起升機構(gòu)為典型位能負(fù)載

，采用一臺臺CIMR-CH700變頻器驅(qū)動以增量型電機旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成閉環(huán)矢量控制加裝DP通訊卡的方式。

4.2

、采用編碼器主令控制器控制

，通過PLC邏輯程序判斷給定速度

。通過PROFIBUSDP總線對變頻器進(jìn)行速度給定

，調(diào)速范圍1~10m/min

。

4.3

、鋼絲繩卷筒末端加裝絕對值編碼器，用以判斷起升機構(gòu)的高度

。

4.4、起升抓斗控制

4.4.1

、通過聯(lián)動臺上的操作按鈕及選擇開關(guān)對抓斗進(jìn)行升降、開合操作

。

4.5

、起升機構(gòu)保護(hù)

4.5.1

、超負(fù)荷限制器：

4.5.2

、超負(fù)荷限制器限制超載、偏載

，具有控制信號干接點，接入PLC系統(tǒng)參與機構(gòu)控制

。載荷量可在司機室顯示屏上顯示。儀表帶有458接口或模擬量輸出接口

，安全監(jiān)控系統(tǒng)可以采集載荷量信號

。

4.5.3

、超負(fù)荷限制器并有如下警告和聯(lián)鎖功能：

4.5.4

、當(dāng)抓斗下的載荷達(dá)到額定載荷的90%時，司機室內(nèi)指示燈顯示

。

4.5.5

、當(dāng)抓斗下載荷達(dá)到額定載荷的105%時，音響警報器報警

，警示燈閃亮并立即切斷起升機構(gòu)的“起升”回路，但能下降操作

。

4.6、機械限位保護(hù)：

4.6.1

、高度限位：用于起升高度的檢測與升降預(yù)限位

、終點限位

、極限限位的檢測與保護(hù)。

4.6.2

、高度軟限位：通過絕對值編碼器測量的高度可以預(yù)設(shè)多個軟限位，如：上限

、上升減速

、上升減速2

、下降減速1

、下降減速

2、下限等用于起升機構(gòu)的控制和保護(hù)

。

4.6.3、超速保護(hù)：超速開關(guān)對起升機構(gòu)進(jìn)行超速檢測與保護(hù)

，當(dāng)電機

速度超過115%時，電動機斷電

，直接進(jìn)行緊急制動

。

4.7

、抓斗的檢測與保護(hù)如下：

4.7.1

、通過抓斗上的檢測限位(開鎖、閉鎖限位

、頂鎖限位)來識別吊具的工作狀態(tài);

4.8、變頻器保護(hù)功能：包括瞬時過電流保護(hù)

、瞬時斷電失壓保護(hù)

、接地保護(hù)、冷卻風(fēng)機異常

、超頻(超速)保護(hù)、缺相

、等保護(hù)

。

4.9

、防溜鉤保護(hù)功能：制動器的工作狀態(tài)反饋回控制系統(tǒng)

，與起升電機的變頻驅(qū)動系統(tǒng)互鎖，有效防止溜鉤

。

4.10、零位保護(hù)功能：機構(gòu)斷電后

，操作手柄必須回零后才能啟動，防止誤操作

4.11

、起升電機保護(hù)功能：過載

、電機過轉(zhuǎn)矩保護(hù)：通過變頻器的保

護(hù)功能實現(xiàn);4

、小車行走機構(gòu)

5.1

、小車行走機構(gòu)采用一臺型號為安川CH700系列變頻器對電機進(jìn)行集中調(diào)速，開環(huán)控制方式

。

5.2、采用編碼器主令控制器控制

，通過PLC邏輯程序判斷給定速度

。通過PROFIBUSDP總線對變頻器進(jìn)行速度給定

，調(diào)速范圍4~40m/min

。

5.3

、小車行走保護(hù)

5.3.1

、機械限位保護(hù)：小車運行機構(gòu)裝有四只重型機械限位開關(guān),用于小車減速限位、停車限位的檢測與保護(hù)

。

5.3.2、小車錨定限位保護(hù)：在小車運行之前，小車錨定銷應(yīng)釋放

，否則，小車將不能運行

。

5.3.3

、小車電機保護(hù)：過載

、電機過轉(zhuǎn)矩保護(hù)——通過變頻器的保護(hù)功能實現(xiàn)

。

5.3.4、變頻器保護(hù)功能：包括瞬時過電流保護(hù)

、瞬時斷電失壓保護(hù)、

接地保護(hù)

、冷卻風(fēng)機異常、超頻(超速)保護(hù)

、缺相等保護(hù)

。

5.3.5

、零位保護(hù)功能：機構(gòu)斷電后，操作手柄必須回零后才能啟動

，防止誤操作

。

、大車行走傳動系統(tǒng)

6.1

、大車機構(gòu)采用一臺安川CH700系列變頻器對電機進(jìn)行集中調(diào)速

，開環(huán)控制

。

6.2、采用編碼器主令控制器控制

，通過PLC邏輯程序判斷給定速度。通過PROFIBUSDP總線對變頻器進(jìn)行速度給定

，調(diào)速范圍4.5~45m/min

。5

6.3、大車機構(gòu)的保護(hù)

6.3.1

、機械限位保護(hù)：

6.3.2

、大車減速限位、停止限位：大車運行機構(gòu)裝有四只重型機械限位開關(guān),用于大車預(yù)減速限位

、停止限位的檢測與保護(hù)

。

6.3.3

、大車錨定限位：與大行走機構(gòu)互鎖

，錨定解除后大車方可工作

。

6.3.4

、大車防撞限位：在大車2側(cè)裝有激光測距傳感器，用于大車機構(gòu)與同軌道大車的防撞

。

6.3.5、大車電機保護(hù)：過載

、電機過轉(zhuǎn)矩保護(hù)——通過變頻器的保護(hù)功能實現(xiàn)

。

6.3.6

、變頻器保護(hù)功能：包括瞬時過電流保護(hù)

、瞬時斷電失壓保護(hù)

、接地保護(hù)

、冷卻風(fēng)機異常、超頻(超速)保護(hù)

、缺相等保護(hù)。

6.3.7

、零位保護(hù)功能：機構(gòu)斷電后

，操作手柄必須回零后才能啟動

，防止誤操作

。

6.3.8、夾軌器：橋機設(shè)有夾軌器

，當(dāng)夾軌器夾上時，夾軌限位常閉接點斷開

，禁止大車行走機構(gòu)運行

，夾軌器與大車行走互鎖

。

三

、PLC控制系統(tǒng)

1、PLC系統(tǒng)方案簡介

1.1

、PLC系統(tǒng)是整機的邏輯控制中心

，降低系統(tǒng)的故障出現(xiàn)機率

、提高系統(tǒng)安全保護(hù)能力是PLC控制系統(tǒng)的重點

。

6措施：

1.2、PLC系統(tǒng)采用西門子公司S7-1200系列產(chǎn)品

，質(zhì)量具有高度可靠性;同時PLC供電采用專用隔離變壓器再經(jīng)直流開關(guān)電源供電，可有效消除外部電源的干擾

，有效保證PLC系統(tǒng)供電的安全性

。

1.3

、橋機電氣室設(shè)置一套PLC控制器

，通過PROFIBUSDP總線對各機構(gòu)的變頻器，進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)采集

，司機室PLC、小車機房PLC均采用分布式I/O

，通過PROFIBUSDP把數(shù)據(jù)傳送給PLC控制器，把控制信號傳遞給PLC控制器

。整體控制可靠性高

，故障率低。

1.4、PLC為橋機提供可靠的保護(hù)功能：司機室操作指令

、各機構(gòu)限位開關(guān)

、起升機構(gòu)載荷信號、各機構(gòu)制動器反饋信號

、各回路空開關(guān)合閘信號、各回路接觸器反饋等均進(jìn)入PLC進(jìn)行處理

，從而可以使橋機的安全操作得到可靠保證。

1.5

、PLC控制系統(tǒng)的使用使得橋機的控制和操作更加靈活

、便利，通訊總線的采用使各電氣設(shè)備聯(lián)系更加簡單

，而數(shù)據(jù)信息交換量更大

。

1.6、除軟件保護(hù)外

，重要環(huán)節(jié)同時實現(xiàn)硬件安全互鎖功能，確保安全性

。

、PLC應(yīng)用軟件設(shè)計

2.1通用邏輯控制功能：司機通過主令控制器對機構(gòu)給出運動方向和速度指令

，由PLC處理過后送到變頻器

。

2.2、PLC收集橋機系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)來確定用戶的指令是否有效;

2.3

、如果指令有效(系統(tǒng)無故障，并且工作模式正確)

，PLC向變頻器，發(fā)出啟動命令;7

2.4

、起升機構(gòu)工作

，制動器開閘前，變頻器內(nèi)部將根據(jù)負(fù)載自動進(jìn)行預(yù)加力矩控制

，以確保重物在開閘時不會“溜鉤”;

2.5、預(yù)加力矩到達(dá)后

，打開制動器

，制動器打開信號反饋給PLC和變頻器

，這時速度輸出指令開始工作

，電機運轉(zhuǎn);

2.6、電機運動以后如有故障出現(xiàn)

，PLC將會進(jìn)行停車過程處理，該過程取決于出現(xiàn)的故障的嚴(yán)重性

，該故障亦將顯示在司機室觸摸屏上

。PLC記錄故障后

，操作者可以按“復(fù)位”按鈕清除故障

，并再按下“合閘”使機構(gòu)重新上電。

2.7

、當(dāng)司機在正常狀態(tài)(主令回零)

，機構(gòu)將進(jìn)行電氣制動

，在制動器關(guān)閉前

，變頻器的運行速度將按斜坡逐漸變?yōu)榱恪?/p>

3、停車程序邏輯

停車程序分為三級控制：

一級停車程序二級停車程序(極限停車)：當(dāng)機構(gòu)達(dá)到工作極限

，如停車限位動作、起升超重等時

，系統(tǒng)將自動執(zhí)行二級停車程序

，PLC發(fā)出快速停車指令

，并快速關(guān)閉制動器電源

，這個過程是電氣制動結(jié)合機構(gòu)制動的快速停車過程

，可以使機構(gòu)安全快速停車

。

三級停車程序(正常停車)：在門機正常狀態(tài)下對機構(gòu)進(jìn)行電氣制動(按變頻器預(yù)設(shè)的正常減速曲線)的停車，停車過程平穩(wěn)無沖擊

。

4、故障分析程序

4.1

、當(dāng)橋機電氣系統(tǒng)軟

、硬件發(fā)生故障時

，PLC系統(tǒng)根據(jù)邏輯關(guān)系

，可自動分析故障位置及故障原因。

四

、監(jiān)控系統(tǒng)

、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)

司機室配置一套西門子觸摸屏

，提供人機對話界面，具備起重機運行狀態(tài)監(jiān)控及故障自動提醒的功能

，并能分析故障原因并提示故障解決方案

。

2、起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)方案說明

2.1

、方案描述

2.1.1、鐵路起重機械安全系統(tǒng)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)

、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

、本地監(jiān)控主機

、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備

、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺等五個部分組成。

2.1.2

、視頻監(jiān)控系統(tǒng)：采集和存儲設(shè)備視頻信息并在司機室內(nèi)進(jìn)行視頻顯示，為司機操作和設(shè)備定位提供幫助

，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元把視頻信息傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控主機和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺;

2.1.3

、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)：分為安全監(jiān)控和電氣監(jiān)控

，通過PLC采集起重機相關(guān)安全監(jiān)控數(shù)據(jù)和電氣監(jiān)控數(shù)據(jù)

，在司機室通過觸摸屏顯示設(shè)備安全監(jiān)控和電氣監(jiān)控實時狀態(tài)，方便用戶進(jìn)行現(xiàn)場故障檢修

，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸單元把安全監(jiān)控數(shù)據(jù)和電氣監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控主機和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺;

2.1.4、本地監(jiān)控主機：采用聯(lián)想商務(wù)機作為監(jiān)控主機

，配置網(wǎng)絡(luò)機柜和UPS，監(jiān)控主機放置在貨運值班室

，值班人員可以通過監(jiān)控主機的視頻信息和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看垃圾場所有起重設(shè)備的運行狀況;

2.1.5

、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備進(jìn)行采集橋機視頻信息和數(shù)據(jù)監(jiān)控信息，通過無線傳輸方式傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控主機

，再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控平臺;

2.1.6、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺：遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺具有設(shè)備視頻監(jiān)控

、安全與狀態(tài)監(jiān)測

、故障智能診斷

、遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)

、維修計劃管理、設(shè)備管理

、作業(yè)管理

、信息自動推送等功能，相關(guān)設(shè)備管理人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的視頻信息和數(shù)據(jù)信息在辦公室查看所管轄內(nèi)的起重機的運行

狀況;

、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.1、視頻攝像機采用?div id="4qifd00" class="flower right">

？低暰W(wǎng)絡(luò)攝像機

，具有夜視功能

，像素為200萬像素

，監(jiān)控區(qū)域包括吊鉤、小車機房

、電氣房、司機室

、橋吊行走區(qū)域(4個)

、吊鉤位置。

3.2

、在司機室安裝硬盤錄像機，用以存儲視頻所有資料

。

3.3

、在司機室安裝19寸液晶顯示器

，顯示器和硬盤錄像機連接

，顯示器顯示所有視頻圖像，并且可以通過鼠標(biāo)選擇畫面進(jìn)行放大

。

4、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

4.1

、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)分為安全監(jiān)控和電氣監(jiān)控兩部分

，安全監(jiān)控參考《GBT28264-2012起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》所規(guī)定監(jiān)控參數(shù)、監(jiān)控狀態(tài)以及相關(guān)監(jiān)控要求進(jìn)行采集相關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析

。電氣監(jiān)控通過通訊采集原電控系統(tǒng)PLC相關(guān)數(shù)據(jù)，主要包括變頻器狀態(tài)和PLC的IO狀態(tài)

，安全監(jiān)控系統(tǒng)不修改原電控程序

。

監(jiān)控內(nèi)容實施要求

1起重量：通過起重量儀讀取

2速度：通過速度儀表讀取

3起升高度

、大車小車運行行程采用德國倍加?div id="4qifd00" class="flower right">

；驇觳畼方^對值編碼器

4限位(起升限位、大小車限位

、門限位、夾軌器限位)通過電氣系統(tǒng)采集

5起升制動器檢測：加裝檢測裝置