基于S7-300和ACS800的桥式起重机控制系统改造

基于S7-300和ACS800的桥式起重机控制系统改造

第2 3卷第 4期21 0 0年 8月

四川J r学院学报(自然科学版) E_ -Junl f i u nU iesyo S i c ora o c a nvrt f c ne& E g er g N tr cec dt n Sh i e ni ei ( a a SineE io ) n n ul i

Vo. 3 No 4 12 .

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文章编号：6 3 1 4 2 1 0 -4 7 0 1 7 -5 9( 0 0) 4 0 8 -4

基于 S 7—3 0和 A 8 0的桥式起重机 0 CS 0控制系统改造杨大志傅利明，(. 1四川理工学院机械工程学院，I]自贡 6 30;.￣ l tI 4 0 0 2自贡鸿鹤化工股份有限公司，四川自贡 6 30 ) 4 00

摘

要：工矿企业中桥式起重机是一种应用十分广泛的起重机械。传统的继电器一接触器控制在

系统和串级调速方式存在能耗高、速性能差、障率高、全性能低等问题。利用西门子公司的 S—调故安 73 0P C.合 A B公司的新一代基于直接转矩控制 ( T的 A S 0 0 L结 B D C) C 8 0变频器对 1/ 5 5吨桥式起重机进行

了改造。实际应用表明，系统改造后，调速性能、安全性和使用寿命方面均得到有效提升，电能消耗降低l.2。 57%

关键词：式起重机；制系统；7— 0; C 8 0;桥控 s 3 0 A S 0直接转矩控制

中图分类号： P 7 T 26

文献标识码： A

引

言桥式起重机在工矿企业有着广泛的应用，要用主

起重机的整体性能，只有彻底改变系统调速方式，起对重机进行变频调速改造。基于此，者对某公司 1/ 笔 55

吨桥式起重机的控制系统进行了改造。

来实现物体的升降和转运。传统桥式起重机的电力拖

动系统采用绕线式交流异步电动机，靠串人转子回依路的多段外接电阻进行调速 (以下简称传统调速 )。传统调速采用凸轮控制器、电器一接触器控制，于继属

l总体改造方案桥式起重机的控制分成大车、小车、主钩、副钩 4部分，除大车由 2台电机同时拖动外，其余部分均由 1台电机拖动。如图 1,示系统将原有继电器一接触器串级调速方式改造为 P C变频调速方式。 L

传统的有接点控制系统，实现简单

,存在以下不虽但足…。

( )电阻调速属能耗型转差调速，电机起动、 1串在调速时转子所串电阻为纯耗能元件，费大量电能；调浪受

速电阻的限制，调速范围窄，起动转矩小、时间长，生产—

效率较低；同时其不连续的有级调速方式，平滑性差，调速时会对电网及减速器、联轴器、钢丝绳等机械部分带来不可避免的冲击。

—

大车变频器

主

令

P—

控二 》L=制器

小变器车频主钩变频器

( )电器一接触器控制系统可靠性差， 2继操作复杂， 故障率高。接触器频繁切换时冲击电流大，电机调速电阻烧损、断裂等故障时有发生；同时，接触器触头容易拉弧，至产生粘连，成安全事故。甚造

C— 』—

副钩变频器

() 3运动状态下进行的系统抱闸，对制动器损害很大，闸皮磨损严重，且存在“溜钩”安全隐患。图 1桥式起重机变频调速系统框图

要从根本上克服传统调速模式下的上述问题，提高收稿日期：0 00 -1 2 1 - 3 3基金项目：川省高校过程装备与控制重点实验室基金项目( 2 0 0 )四 GK 0 9 9

作者简介：大志( 9 6)男，杨 17 .,四川荣县人，讲师，硕士，主要从事仪器科学与技术方面的研究。

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四川J -学院学报 ( EY -自然科学版 )

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将系统原有电机转子回路短接继续使用。由于启动电流小于改造前，发热量有所减少，无需加装独其故立冷却风扇。

溜钩现象的出现。在吊钩下降过程中利用能耗制动回路的吸收，避免因反电势过高对电机绕组的损坏。可] 对主钩、副钩电机，变频器输出功率应在实际电机容其量的基础上放大一档，而对于大、车行走电机，变频小其器输出功率则无需放大。该方案中主钩变频器选用

控制核心选用西门子公司的 s 30型 P C 7 7— 0 L。s—

30接收来自行车主令控制器、位开关的信号和变 0限

频器的状态。经程序判断与运算来实现行车的各控制功能。P C输出监控信号的同时， L向各变频器发送运行方向、动、启速度调整、动的运行指令。制 变频器选用 A B的基于直接转矩控制 ( T ) B D C

的新一

7 K其余均选用 4 K 5 W, 5 W。

2系统设计 桥式起重机大车、车、小主钩、副钩 4分运行控制功部能大同小异，均可划分成运行、制动和调速 3块。限于模篇幅，文以主钩为例讨论系统设计。如图 2所示，钩下主控制系统由三相交流电源输入、主钩驱动变频器 A S0 C 80—

代交流调速设备 A S 0 C 80系列，可在无外接测速传感

器的情况下，检测自身的输出电流，通过闭环构成高精度的转矩控制。能在零速状态下，0%额定转矩输出 10

能力，同时利用其自带的宏控制，在重载起重时避免可P C 7-o L S 3 o

7K、 5 W主钩电机 M1能耗制动单元等组成。、KM AC o S8 o -5 W 7K

紧停允许启动电源

S1 B S2 BX T1

1 0 . 01. 0 11 . 05I 6 O.

Qo频 u—一 R O .器变— 合闸 v——一 S— TX22

UVW

l

启动停止正/选择反

S6 B S7 BS8 B

I. O7I. 1o

Q. o 5QO6 .

D1 ID2 I

停止，启动正转，转反

点动抱闸监视速度选择速度选择速度选择

S9 B

I 1 . 1I. 1 2I. 13 I. 1 4

Q2直抱 1流闸 .Q. 11Qo7 . Q1 . o

D I 3D4 ID5 I D6 I

能制耗动加，时间减速度选择速度选择

( I t A I 1/

/

0S 0 B1 1S 1 B1 2S 2 B1

I. 1 5 I. 1 6 Q. 3 5

D I IL

启动联锁

l机械 l制动

速度选择上升限位

3 S 1 B 3 S1 T

下降限位警铃 f警示j: I

S2 T

I Q 2 3 1… . O 6 7 . I. 6o QO4 .

X制l 1 2动 5单 R 0元R0 2R0 3

图 2主钩控制系统构成

2 1运行模块 .起重机的启动可分成 2步： 1 ( )变频器合闸 ( o 0;2电机启动 ( 0 5。运行时可由主令电器 Q .) () Q .)

由于控制系统采用交一直一交变频器，在负载自身重力下，制动时回路的能量不能送回电网，为限制泵升电压和负载下降时反

电势的升高必须采用能耗制动单元。同时，对于势能类负载，电机突然断电或中途启在 动时，必须靠机械制动来控制负载的下落转动。因还 此，吊钩制动采用电磁抱闸制动和变频器能耗制动相结合来保证吊钩在负载势能时不往下滑。另外，系统还应

选择电机转向、电机转速及电机点动/续运行方式。连 电机转向决定吊钩升降方向， Q .当 o 6输出 0时，电机正转吊钩上升，反之电机反转吊钩下降。电机运行方式由J/速斜坡时间调节， Q .输出。时选择斜坡时间 J减 n当 11

0即点动运行方式；,反之选择斜坡时问 1为连续运行方，式。图 3为主钩运行控制程序。在启动时指示灯长亮，动时指示灯以 l点 S间隔闪

具有限位制动功能。当吊钩运行到某个终点极限位置时应切断变频器允许启动信号，使对应的变频器停车制动。

烁。1间隔时钟信号由 1 s个延时闭合定时器 r I U和 1个延时断开定时器 T 1串接而成，时间常数均为 1。其 s2.制动模块 2

为了克服吊钩下滑，制动器必须在电机建立了一定的转矩、电流和转速后才能松开。可在改造前系统中， 电机只要得电制动器就松开，反电机失电则立即制相

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第2卷第4 3期

杨大志等： s— 0和 A o基于 7 30墨0

垫重垫丝墨墼堡 表 2速度给定表

I. 13

1 l5

0 . 07

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)

图 3主钩运行控制程序

动，动器的动作快于电机转矩的建立，此在这种情制因况下，出现行车抖动问题，至发生“车”故。系会甚溜事统所选用的 A S0 C 80变频器具有专用的制动器编程控制功能，可通过“ 2B A EC N R L参数组对制动器松 4 R K O T O”㈧

图 4速度选择程序

3改造后的效能

H H H 采用 P C变频调速取代传统继电器一接触器调速 H町 H H L方式，取消了主回路接触器和转子调速电阻，简化了硬件电路，获得了良好的技术经济性能。( )速性能： 1调改造前采用串电阻调速方式，到电受

开电流、动器松开频率、动器松开/合时间、动制制闭制

器释放转矩等 1参数进行设置，保证制动器的可 0个以

靠动作。在系统实际调试时，按表 1参数设定。当动作条件满足时，C 80的可编程输出继电器 R 1作， A S0 O动 使制动器制动或释放。此外，动器还可接用户设计的制外部接点控制。例如，把紧急制动、统断电等都作可系为外部接点的驱动信号。当出现上述任一情况时，会就使制动器迅速制动。表 1制动参数设置表

丁

机自身机械特性的影响，调速精度差，范围窄，而改造后采用 A S0 C 80变频闭环调速，调速性能均有大幅提高，其

具体指标如表 3示。表 3调速效能指标性0~±5 0 Hz 0 O1 . Hz

能

频率控制范围频率分辨率转矩阶跃响应时间

<5 ms(定转矩 )额 ±1 (定转矩 )%额 00% (定速度) .1额 0 1~ .% (0%转矩阶跃 ) . 0 2 10

转矩非线性响应时间

机械制动器采用电磁式抱闸，有制动力较大，具动作迅速等优点。该制动器既受 A S0 C 8 0的 R 1控制， O也

速度控制静态精度动态精度

可通过紧急制动按钮 S 1 B实现紧急制动功能，同时还把抱闸监视信号反馈至 P C的 1.。制动器的接线及程 L 12序如图 2图 3示。、所2 3调速模块 .主钩电机额定转速 n d=1 5 rmi,有减速比 I e 4 0/ n配

同时， C 80内建自适应电机模型可实现电机精 A S0确控制，两台大车电机保持高度同步。使 ( )全性：统具有短路、压、压、流、相 2安系欠过过缺

及电机过热等保护功能，力保电机安全；采用 D C控制 T方式，即使电磁抱闸松动或失灵时也不会出现溜钩现象，免安全事故。避

=/2的减速机。主钩共有 4个速度选择按钮 S 1 13 B 0~ S 1,速时 P C根据不同速度选择输入 (13~ 16 B3调 L I. I. )通过 Q ., 1o制变频器 R I o7Q .控 M O板的 D5 D6上， I、I再

() 3使用寿命： C 80具有软启动、 J减速及防 A S0匀J/ n电机反接功能，大大减少对设备和机械结构的冲击，可 延长了设备使用寿命；力矩跟随功能使得开闭机构、

升降机构钢丝绳的受力均衡，可延长钢丝绳使用寿命。() 4电能消耗：以系统改造前 20 0 8年 1~ 8月和改造后 20 0 8年 1 0月~ 0 9年 4月电能消耗统计为例， 20改

根据 A S0 C 80参数组 1 O SA TS E D 2C N T N P E S的设定进行频率给定。表 2即为速度给定表。采用 1只 1K￣ 0I 的可变电阻，两端分别接 1V的 V和 G D, 0 N中间抽头接 A1 I+即可实现 A 1 I的频率给定。速度选择的 P C程 L序如图 4所示。

造后可节电 57 65 WH Y, 85 . K/约降耗 1 .2 5 7%。

基于S7-300和ACS800的桥式起重机控制系统改造

40 94结束语

堂堕堂垫！ 堂 2鱼签 技术研究[】山机械， o ' () 2 1. J.矿 2 73 7: -3 0 5 1

!生墨 旦

[ 1]张中央.式吊钩起重机变频器调速系统改造方案桥[ i e sC roao .730指令列表 ( 5 0344— 2 e n op r i s—】S m tn 0 A E25790 ) C . 0. 2[ D] 09 M/ 2

应用上述方案改造后的桥式起重机已连续、稳定的

运行了 1 8个月，在调速性能、安全性、寿命及节能方面均取得了令人满意的效果。将 P C变频调速技术推广 L到其他传统电力拖动系统的技术改造中，可实现操作平稳，提高运行效率，保护电机安全，减少电气维护强度， 降低系统能耗以及消除人为误操作，避免生产安全事故等功效，具有重要现实意义。参考文献：

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[ 5】吴忠智，吴加林等.变频器应用手册[ . M】北京：机械工业出版社 . 9. 1 5 9

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