基于plc与变频电机的桥式吊车电气控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桥式吊车机电系统自动控制的技术领域，具体涉及一类32t桥式吊车的自动控制系统。
【背景技术】
[0002]在工业生产过程中，为运送负载到所期望的位置，桥式吊车有着非常广泛的应用。但在实际操作过程中，往往由人工直接操作，造成运送效率和安全系数低，定位精度不高等问题。一些企业研发出的自动控制系统往往只是针对特定的运送过程，如将货物运送到特定位置，再回到原位抓取第二件货物，为一固定的工作循环，且未考虑消摆及定位等因素。佐治亚理工学院在实验室搭建了一台20t桥式吊车，利用输入整形等方法取得了良好的效果，但所采用的伺服电机及传感器单元都较精密，价钱昂贵，且未考虑实际操作中手动与自动切换等功能，安全保护措施也有所欠缺。基于相平面的轨迹规划算法在实验室的模拟自动控制吊车平台上做实验并取得了很好的效果，但在大型吊车系统中，异步电机很难实时跟踪给定控制命令，虽然消摆依然有效，但定位出现了很大的偏差，应用于实际系统需要进一步改进。
[0003]为了将实验室的研究成果推广到一类32t桥式吊车，本发明设计了一套自动控制系统，实现手动与自动切换的同时，通过改变给定脉冲信号实时控制电机转速，以通过改进的相平面方法实现消摆及定位。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是设计一套安全可靠的32t桥式吊车自动控制系统，确保实际操作过程中手动运行与自动运行自由切换，自动运行模式实时控制电机转速，且保证在实际作业中良好的消摆效果及较高的定位精度。
[0005]本发明致力于通过PLC及变频电机实现一套桥式吊车自动控制系统，在完成手自动切换并保证安全的情况下实现实时控制电机转速，桥式吊车自动控制系统包括:遥控器及其信号接收装置，大车电机变频器，小车电机变频器，起升电机变频器，PLC，继电器，DSP，单片机和限位开关、重量测量装置;所述的遥控器信号接收装置、DSP与限位开关、重量测量装置分别连接PLC，PLC、DSP和单片机同时连接继电器，继电器再分别与大车电机变频器、小车电机变频器和起升电机变频器连接；
[0006]所述的遥控器信号接收装置设置在第一控制柜(9)侧，大车电机变频器、继电器和PLC设置在第一控制柜(9)中，小车电机变频器和起升电机变频器设置在第二控制柜(10)中，第一控制柜和第二控制柜位于起重机大车上；
[0007]1、遥控器，用于地面操作，三路手动与自动切换按钮发送手自动切换指令、三路摇杆发送手动模式下的档位指令，正反转指令到遥控器信号接收装置(2) ;PLC(3)输入端子接收来自遥控器信号接收装置的指令信息，同时采集限位开关、重量检测装置(11)及大车电机变频器(4)、小车电机变频器(5)和起升电机变频器(6)是否正常工作的信息，分析并控制输出端继电器的导通与关断，保证自动模式时采用DSP(7)输入控制命令，手动模式时采用单片机(8)输入控制命令。
[0008]2、变频器，所述的小车电机变频器、大车电机变频器和起升电机变频器设定为脉冲输入模式，额定负载时最大输入频率14400Hz对应最大转速1440r/min，最小输入频率300Hz对应最小转速30r/min，低于300Hz频率则转速为零，正反转由变频器上S1、S2两端子控制，变频器故障及变频器运行触点接入PLC( 3)输入端子。
[0009]3、PLC，所述的PLC(3)接收外部信号，通过逻辑运算判断系统状态，控制手动、自动、安全保护电路的导通与关断，完成手动高速档，手动低速档，自动档三种操作模式的自由切换，完成系统的安全保护；
[0010]所述完成手动高速档，手动低速档，自动档三种操作模式的自由切换的过程是:遥控器(I)通过三路手动与自动切换按钮及三路摇杆远程传输手动或自动指令、手动模式下的档位指令及正反转指令到PLC(3)输入端子，由PLC(3)内部程序判断系统状态；
[0011]若切换为手动模式，且摇杆给出命令高速正转运行，单片机(8)产生一路高频率脉冲指令12000Hz作为高速档信号，PLC对应输出端子导通，由变频器控制变频电机进行高速正转，若摇杆给出命令低速反转运行，单片机(8)产生一路低频率脉冲指令5000Hz作为低速档信号，PLC对应输出端子导通，由变频器控制变频电机进行低速反转；
[0012]若切换为自动模式，DSP产生一路时变脉冲指令，且同时给PLC正反转命令，变频电机产生对应动作；
[0013]4、安全保护措施，所述完成系统的安全保护包括:遥控器(I)上同时设置有紧急制动按钮，该按钮能够随时使桥式吊车自动控制系统掉电，装于小车两侧、大车两侧的限位开关(11)防止碰撞，装于吊绳上的限位开关防止货物起升过高，造成吊钩与卷筒相撞，加装重量测量装置(11)防止货物超重加装限位开关(11)防止碰撞，加装重量测量装置(11)防止货物超重，电机变频器(4)(5)(6)运行时不会抱闸，电机变频器(4)(5)(6)故障时不运行，电气柜(8)(9)内照明系统。
[0014]5、所述自动模式时DSP采用基于相平面的轨迹规划的改进算法，DSP脉冲指令根据算法进行变换，小车或大车加速阶段及匀速阶段皆与基于相平面的轨迹规划算法相同，加速时间等于货物的摆动周期，摆动周期通过在起升变频电机上加装绝对编码器测量绳长，再计算获得摆动周期;减速时间同样等于货物的摆动周期，在减速最后阶段低速运行一段距离，且其低速运行时间同样等于货物的摆动周期，并采用提前抱闸的方式制动，兼顾了运送过程的消摆及定位。
[0015]本发明的优点和有益效果
[0016]本发明针对一类32t桥式吊车，设计了一种基于PLC与变频电机的自动控制系统，包括:远程遥控器、接收器、电机变频器、PLC、继电器、DSP、单片机、限位开关、重量测量装置。本发明在满足现场实际要求的前提下，使实验室设计的控制算法得以在工业现场改进并应用，通过现场实验，验证了本发明的有效性。
【附图说明】
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[0017]图1表示本发明中自动控制系统构成图；
[0018]图2表不本发明中电源部分电气原理图；
[0019]图3表示本发明中安全保护部分电气原理图；
[0020]图4表示本发明中PLC部分电气原理图；
[0021]图5表不本发明中大车部分电气原理图；
[0022]图6表不本发明中小车部分电气原理图；
[0023]图7表示本发明中起升部分电气原理图；
[0024]图8表示本发明中布线图；
[0025]图9基于相平面方法的轨迹规划效果图。
【具体实施方式】
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[0026]实施例一:
[0027]参见附图1，一种基于PLC与变频电机的自动控制系统，包括遥控器及其信号接收装置，大车电机变频器，小车电机变频器，起升电机变频器，PLC，继电器，DSP，单片机和限位开关、重量测量装置。所述的遥控器信号接收装置、DSP与限位开关、重量测量装置分别连接PLC，PLC、DSP和单片机同时连接继电器，继电器再分别与大车电机变频器、小车电机变频器和起升电机变频器连接；
[0028]所述的遥控器信号接收装置设置在第一控制柜(9)侧，大车电机变频器、继电器和PLC设置在第一控制柜(9)中，小车电机变频器和起升电机变频器设置在第二控制柜(10)中，第一控制柜和第二控制柜位于起重机大车上;遥控器(I)用于地面操作，发送指令到遥控器信号接收装置(2)，设置有紧急制动按钮，该按钮能够随时使桥式吊车自动控制系统掉电。
[0029]参见附图2，本发明供电所用电路为:380V交流电通过空气开关FOO，分三路，一路通过变压器转换为220V电压后供给照明电路，另一路变压为220V后供给控制回路，最后一路为电机及变频器供电，此路侧加入相序检测器以确保电机与变频器正常工作。
[0030]参见附图3，本电路实现PLC输入端的信息通过继电器传递入PLC，包括装于小车两侦叭大车两侧的限位开关(11)防止碰撞，装于吊绳上的限位开关防止货物起升过高，造