可编程控制器对冶金原料吊车的控制研究

关键词：节能型关键设备冶金信息时代

冶金吊车是冶金行业安全生产必不可少的关键设备之一, 对其操作性的人性化, 安全性, 可靠性, 节能型, 先进性等一直受到行业的关注。随着计算机技术的发展, 信息时代的来临, 通过各种先进方式, 如常规电器元件, PLC、变频等方式, 实现冶金行业吊车的平稳起吊, 保证了安全又保证了产品的质量。

1 冶金原料吊车与PLC及其特点

PLC即可控制编程器, 它是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置, 它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计[1]。特点就在于可靠性高, 抗干扰能力强;配套齐全, 功能完善, 适用性强;易学易用, 深受工程技术人员欢迎;统的设计、建造工作量小, 维护方便, 容易改造;体积小, 重量轻, 能耗低。正因为如此, PLC在工程机械行业的应用范围非常广泛。

2 基于PLC的冶金原料吊车控制系统设计

2.1 设计原则和设计过程

使用PLC对冶金原料吊车进行电气控制, 最终目的是提高机械的工作效率, 提高产品的工艺质量, 但是应满足以下设计原则:保证控制系统的安全、可靠, 这是首要的原则, 冶金行业具有特殊性, 安全直接关乎到职工的生命;PLC应力求简单, 适用, 经济, 但前提是满足控制的需要;适合操作人员, 因此进行PLC设计或PLC改造应深入现场进行调查研究, 搜集资料, 协同解决设计中出现的各种问题[2]。

设备的选择主要是按钮、操作开关、限位开关和传感器等, 以及输出设备 (如继电器、接触器、信号灯等执行元件) 何输出设备驱动的控制对象 (电动机、电磁阀等) ;PLC的参考因素是机型、容量、I/O点数 (模块) 、电源模块以及特殊功能模块的选择等, PLC是PLC控制系统的核心部件, 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。

2.2 系统总体结构

冶金原料吊车的控制系统由PLC、接近开关、挡铁、手操设置、中间继电器、交流接触器和运行状态指示组成, 其电机采用交流可控硅控制。总体结构如图1所示。

PLC是完成对设备控制操作的关键部件, 主要实现对定位信号的采集以实现对吊车的自动控制。本文中选择型号为FX2N-48MT-001的PLC, 其特点是交流220V电源 (自身可输出24V) 、晶体管输出。外围机械控制设置是为了在吊车运行发生故障时, 需要将吊车由自动换为手动方式, 通过手动按钮调整吊车的运行;机械运行状态指示屏现实吊车的运行状态, 包括吊车本身和各个吊篮;吊车的左右、前后及上下运动分别由三相交流电动机M1、M2、M3拖动, 电机的调速控制由交流可控硅完成;吊车定位信号的发送采用接近开关和挡铁感应的方式, 即吊车在做上下运动时, 在吊篮的交接处焊接一块挡铁, 当吊篮做上下运动时, 接近开关感应到挡铁的存在时, 会向PLC发出定位信号;同时当吊车吊篮平行运行时, 沿水平方向在每个停车位分别焊接一个挡铁, 当吊车运行到挡铁位置时, 接近开关感应到挡铁的存在向PLC发出定位信号, 以此来实现对吊篮的定位控制。

2.3 硬件设计

主要有以下: (1) 控制台。3个控制台 (功能基本相同) 上主要有:大车、小车、吊钩控制开关及调速电位器, 自动手动转换开关, 自动对中“孔道选择”波段开关, 自动投入按扭。 (2) 光电开关与限位开关。在大车轨道上安装3个光电开关, 在小车轨道 (即大车横梁) 上安装两个光电开关。光电开关的常开触点接入PLC, 当安装在大、小车上的反光板对中光电开关时, 对应常开触点闭合。 (3) PLC与变频器PLC选用三菱公司的微型机FX2N-48MT-001, 整体式结构, 自带24伏直流电源, 48个开关量输入, 32个开关量输出, 梯形图编程。变频器选择SANKEN公司的SVS-352型, 输出频率范围0～60Hz, 频率输出有两种控制方式:电压控制和两个设置频率逻辑量控制。其余逻辑输入信号有:运行、反相、急停和复位。 (4) 触摸屏。本案中触摸屏是作为显示和控制的终端设备, 显示各被控设备的工作状态。选用欧姆龙的NS系列触摸屏。 (5) 旋转编码器和PG卡。这两者实现闭环运行。旋转编码器与电动机同轴连接, 对电动机进行测速。变频器通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡, 完成速度检测及反馈, 形成闭环系统。两者的关联通过旋转编码器输出的AB两相脉冲, 该脉冲还会输出给PG卡, PG卡再将此反馈信号送给变频器内部, 以便进行运算调节[3]。PG卡选择欧姆龙产3G3FV-PPGB2, 光电编码器选择SZGM-01。