Controllogix在橋式起重機中的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2012-06-20 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　　1 引言

　　在當(dāng)前控制領(lǐng)域，矢量變頻技術(shù)已經(jīng)成熟并且得到了極為廣泛的成功應(yīng)用，在濟鋼中厚板廠板庫橋式起重機中引入此技術(shù)，可以提高吊裝的穩(wěn)定性，降低鋼板表面劃傷的概率，同時會為今后的長期運行帶來“一勞永逸”的應(yīng)用效果，使得此橋式起重機成為真正意義的“免維護”系統(tǒng)，大大地降低成本，節(jié)省人力資源。基于以上考慮，決定對濟鋼中厚板廠板庫20+20噸橋式起重機引入矢量變頻控制技術(shù)。

　　2 ControlLogix系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　根據(jù)控制要求，我們提出了使用ControlLogix系統(tǒng)集成構(gòu)架來解決的方案。CONTROLLOGIX具有多處理器，多任務(wù)，多網(wǎng)絡(luò)，多語言;各種各樣的模擬，離散和特殊I/O，順序，過程，傳動和運動控制的高級集成的特點。

　　該控制系統(tǒng)是CONTROLLOGIX系統(tǒng)主機架、1794FLEX I/O分站、觸摸屏、AB矢量變頻器、交流變頻電機YPG355M-10雙軸變頻電機一臺組成的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。PLC主要完成對矢量變頻器及大車及小車橫移變頻器的控制，接收由操作臺1794FLEX I/O分站采集到信號并通過DeviceNET現(xiàn)場總線傳輸?shù)紺ONTROLLOGIX控制器，由控制器做出運算后給通過DeviceNET現(xiàn)場總線送給AB矢量變頻器作為給定信號。Eview觸摸屏利用RS232與PLC進行通訊，對整個控制系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)控。變頻器接收給定信號后，根據(jù)給定的的大小和正負(fù)來使得變頻調(diào)速驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)的快慢和方向。電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

　　圖1 電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　3 主起升控制模型的建立思路

　　3.1傳動控制原理及變頻器的使用

　　根據(jù)橋式起重機主起升裝置的運動特性，需要引入矢量控制。其原理是三相異步電動機在空間上產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場，如果要模擬直流電動機的電樞磁勢與磁場垂直，并且電樞磁勢大小和磁場強弱分別可調(diào)，那么設(shè)想三相異步電動機由M、T兩相繞阻構(gòu)成模型。

　　該模型有兩個互相垂直的繞阻：M繞組和T繞組且以角頻率ω在空間旋轉(zhuǎn)。T、M繞組分別通以直流電流iT、iM。iM在M繞組軸線上產(chǎn)生磁場，iM稱為勵磁電流，調(diào)節(jié)iM大小可以調(diào)節(jié)磁場強弱。iT在T繞組軸線上產(chǎn)生磁場，這個磁場總是與磁場同步旋轉(zhuǎn)，而且總是與磁場方向垂直，調(diào)節(jié)iT大小可以在磁場不變時改變轉(zhuǎn)矩大小，iT稱為轉(zhuǎn)矩電流。iT和iM分屬于T、M繞組，因此通過控制iT和iM的大小也就是電流矢量i的幅值和方向去等效控制三相電流ia、ib、ic的瞬時值，從而調(diào)節(jié)電機的磁場與轉(zhuǎn)矩以達到調(diào)速的目的。

　　根據(jù)此橋式起重機的實際情況，決定采用AB的PowerFlex700系列變頻器，采用有速度傳感器矢量控制，其控制框圖如圖2所示。

　　各符號含義：r：速度給定;Kp：速度環(huán)比例增益;K1：速度環(huán)積分增益;Tmode：轉(zhuǎn)矩模式;V-PI：速度調(diào)節(jié)器;Tlimit：轉(zhuǎn)矩限制器;Tr：外部轉(zhuǎn)矩;Vs：轉(zhuǎn)矩模式選擇輸出;Tstop：轉(zhuǎn)矩補償;Id：轉(zhuǎn)矩分量;Iq：轉(zhuǎn)矩分量;Tfb：轉(zhuǎn)矩反饋;PG：速度反饋編碼器;Droop：特性軟化附加給定。

　　從圖2可以看出，傳動控制系統(tǒng)分為兩個部分：

　　內(nèi)環(huán)：轉(zhuǎn)矩、電流環(huán)，響應(yīng)時間1ms。

　　外環(huán)：速度環(huán)，響應(yīng)時間跟電機與機械配合有關(guān)，一般為200ms。

　　變頻器啟動速度較慢，操作人員無法短時間內(nèi)適應(yīng)。通過框圖可見，調(diào)整Kp速度環(huán)比增益可以增加變頻器啟動速度，避免在給定頻率較小時橋式起重機主起升啟動較慢的現(xiàn)象，增加變頻橋式起重機的可操控性。

　　3.2控制模型的建立

　　根據(jù)響應(yīng)時間，設(shè)計主起升掃描周期不同，程序在編制時按照程序包負(fù)責(zé)的任務(wù)的區(qū)別而將程序的執(zhí)行掃描周期劃分為2類，掃描周期越短，控制精度越高。考慮到實際控制精度，利用CONTROLLOGIX系統(tǒng)中程序功能包Task(任務(wù))及其掃描周期的定義設(shè)置控制溜鉤的程序響應(yīng)時間為10ms，設(shè)置運動控制的程序響應(yīng)時間為200ms。

　　制約變頻器在橋式起重機上使用的最大問題是變頻器啟動時力矩較小，使得在重載起動時，容易發(fā)生溜鉤現(xiàn)象。控制溜鉤時可以將系統(tǒng)的啟動條件中加入達到溜鉤時力矩的連鎖，從而控制抱閘系統(tǒng)打開的條件，可在理論上消除溜鉤的可能性。

　　根據(jù)圖3所示的POWERFLEX700變頻器矢量控制原理圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，變頻器最終輸出的轉(zhuǎn)矩電流來決定起升力距的大小，而所有的外部輸入?yún)?shù)均是可變的。

　　根據(jù)交流電動機力矩特性，當(dāng)電機為矢量控制方式時，如果電機在額定轉(zhuǎn)速以下，其力矩電流的與定力矩電流的百分比也就是輸出力矩與額定力矩的百分比。這樣我們可根據(jù)變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩電流來作為控制溜鉤的變量。通過DATALINK的方法，將變頻器的轉(zhuǎn)矩電流采集至CONTROLLOGIX系統(tǒng)中，由1756-L61CPU進行處理后，在給變頻器運行的指令，從而達到避免溜鉤的目的。程序如圖4所示。

　　本系統(tǒng)為羅克韋爾CONTROLLGIX集成構(gòu)架，編程軟件采用RSLOGIX5000軟件進行編程，根據(jù)工藝要求和良好的硬件基礎(chǔ)，軟件設(shè)計實現(xiàn)了連鎖合理、保護全面、程序簡潔、容易讀寫、查詢方便快捷等效果，同時也實現(xiàn)了起升裝置，大車行走，小車行走，液壓潤滑系統(tǒng)連鎖信號的順暢傳送。為新20+20噸橋式起重機矢量變頻系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，提供了強大的軟件支持。