摘  要: 采用9030PLC对岸边集装箱装卸桥控制系统起升控制对箱操作时采用零速保持功能的实现。

　　关键词: 对箱  零速保持  链式制动

1  驱动器与PLC系统的接口

　　岸边集装箱装卸桥的四大机构使用直流电机驱动,系统设计中采用全数字直流驱动器来控制电机的转速。系统选用的驱动器产品为法国TE公司的产品RTV84,其中RTV84-M17Q作为起升和大车分时共用的驱动器。

驱动器和电机构成转速、电流的双闭环调速系统。电动机上测速发电机的电压信号作为转速反馈信号,交流电流互感器的电流信号作为电流反馈信号。同时,驱动器将反馈的电机转速信号转换为标准信号,通过模拟量接口送给PLC,起升电机转速和吊具高度采用编码器检测后送给PLC高速计数模块。因此,PLC有2个检测起升电机转速的输入,可以相互比较判断以提高系统的可靠性。

　　PLC系统与驱动器的控制接口如图1所示,有关的重要控制信号均采用屏蔽线。

　　图1中的主要信号为:

　　ng:PLC的0～±10V模拟量输出,作为驱动器的转速给定输入。

　　RUN、LI1、LI2、LI3、LI4:分别为驱动器运行信号、复位、制动、转向和起升/大车切换控制信号。

　　nf:电机转速的反馈信号,由测速发电机提供。

　　K1:驱动器控制电机松开机械刹车的输出,作为PLC的输入。

　　K2:驱动器准备就绪信号输出给PLC,表示驱动器可以工作。

　　AO1:驱动器检测到的电机速度信号(0～±10V),作为PLC的模拟量输入。

　　AO2:驱动器检测到的电枢电流信号(0～±10V),作为PLC的模拟量输入。

2  零速保持的作用

2.1 驱动器时序判断

　　驱动器的动作时序如图2所示。其中:ng为主令速度信号,nf为电机反馈测量速度,Ia为电机电流值;T1为主令动作到驱动器调速开始时间,T2为驱动器加速斜坡设定时间,T3为设定速度的运行时间,T4是减速斜坡设定时间,T5为斜坡结束后到制动器制动完成时间。根据驱动器的动作时序,PLC程序相应地进行逻辑判断和控制。

　　下面简要描述PLC程序控制驱动器的动作时序。

　　(1)驱动器通电,准备就绪后将驱动器已准备好信号(Ready)传给PLC。

　　(2)PLC接收到Ready信号后,在其他工况条件允许时向驱动器输出RUN信号。然后驱动器根据RUN、FWD信号控制晶闸管触发角,控制电机运行。

　　(3)PLC接收到起升主令的动作信号后,在动作条件允许时,送出FWD信号给驱动器。

　　(4)驱动器在收到FWD信号后,首先控制可控硅工作,实现电流环的起升电流给定的定值控制,在建立好起升电流后向PLC输出,制动器可以松开信号。

　　(5)PLC根据驱动器的制动松开信号和对起升电流的判断进行工作。如认为松开制动的条件成立时,则控制起升电机的制动器松开,并将制动器的状态反馈给驱动器。

　　(6)驱动器接收到制动器已松开的信号后开始斜坡加速计算,电机进入调速阶段。

　　程序中对该时序的判断主要是对制动控制的动作前后的电流变化的判断。松开制动器前,电流应大于一设定值,否则不能松开制动器。制动器保持松开状态时,稳定电流值不能持续小于一设定值,否则认为控制失效,立即制动。而在制动状态,电流应为零,否则认为故障。从PLC给出FWD到驱动器控制电机运行直至人能观察到吊具运动,所用时间达2秒多。

2.2 零速保持

　　实际操作中,司机控制主令离开停止位,运行信号送到PLC后,PLC检测所有条件是否满足,然后控制FWD给驱动器。根据上述驱动器的时序,主令动作至人为观察到有动作,期间有2~3秒的时间停滞段,这段时间给司机操作带来一定的困难。司机在对箱时,一要移动小车跟踪吊具,二要控制吊具落下时机,否则错过时间,对箱将要失败。为避免由于驱动器动作带来的延时,PLC程序中设有零速保持功能,即在起升停止时,FWD信号并未消失,而是延时一小段时间,速度保持为零。如在该段时间内,起升主令又有动作,驱动器将直接根据PLC送出的速度给定动作,此时吊具的动作将会是立即反应。这样,对箱操作的效率有很大提高,因作业效率主要取决于对箱速度,所以,对箱时间的缩短会使得作业效率得到大幅提高。

　　由于起升电机均采用强迫风冷,所以控制零速保持不会使电机在转速为零时因电枢通过大电流而发热。同时由于保持了零速,司机对箱时在停止/动作之间频繁操作中,减少了制动器频繁动作次数,从而大大降低了制动器的故障。因为电机在零速保持中始终有电流流过电枢,在加、减速过渡过程中,省掉了驱动器建立防溜电流的时间,使得驱动器控制电机加减速时间缩短。同时电流的变化比松制动后的加速产生的电流变化要小得多,可控硅出发角的变化也要平滑得多,这对驱动器的工作是有利的。

3 制动控制方式

　　由于零速保持是在电机停止而制动器保持松开状态时,所以程序中对制动的控制要求更加可靠,系统设计中采用了链式制动以保证控制系统的安全。

　　驱动器工作中,由于工况变化频繁,制动器也频繁动作。如何控制电机的制动,不仅影响电机和制动器的效率和寿命,而且对系统的安全构成极大的影响。根据实际工作情况,运行中采用如下的链式制动:(1)逻辑判断制动;(2)电气制动;(3)机械制动;(4)位置反馈判断制动;(5)零速错误制动构成链式制动的控制技术。其工作情况如下。

3.1 逻辑判断控制制动

　　PLC程序根据实际工况进行判断,当出现下列不正常情况时实施制动:

　　(1)驱动器的动作时序与正常情况不一致。

　　(2)驱动器若出现不正常故障则由PLC控制制动。

　　(3)一旦出现电机失速,立即制动。

3.2 驱动器的反馈制动

　　主令动作中频繁地出现加减速和反向动作,驱动器可根据指令和当前电机状态自动控制可控硅的触发信号。当电机高速运行时,控制主令减速或停车或反向运行,驱动器自动控制反向可控硅的导通,并根据设定的最大制动电流值和减速时间的要求控制导通角,使电流流回电网,完成反馈制动。

3.3 驱动器给出的机械制动信号

　　当指令为零时,驱动器判断电机转速是否回零。如转速较高,则进行反馈制动,等到电机转速接近零(2%的额定转速)时,驱动器输出制动逻辑信号,由PLC控制电机机械抱闸制动。在抱闸信号确认后,驱动器控制晶闸管关断。如减速时间超过设定时间,PLC立即控制制动,使电机停止运行。

3.4 机械位置判断及控制

　　运行中和停车控制时,不断地判断制动器的机械位置,一旦与要求不一致,立即控制制动电源关断。

3.5 零速失败

　　在零速保持中,PLC根据编码器的计数值判断电机是否运转,如出现速度不在零速范围内或编码器位置变化超过设定值(该值很小),PLC将判断出零速保持功能失败并立即给出制动控制。在给出制动信号并制动机械到位后,如果仍然出现上述零速错误,则PLC将控制制动电源断开以保证制动的有效。

4 有关PLC程序的设计

　　控制起升零速保持的PLC程序流程如图3所示。

　　框图中HMR信号是起升运行的先决条件。在条件具备后,为判断是否零速保持的条件,应判断主令是否从运行搬到停止并在延时时间内。如在该延时时间内,主令再次从停止到运行,制动器将保持原松开状态;如停止时间大于零速设定时间,制动器会回到制动状态,此后,主令从停止到运行,驱动器的调速控制必须等到松开制动控

制的时序完成。控制制动的PLC信号是FWD信号,驱动器信号是DK1信号。

　　当起升正常运行时,PLC程序根据当前的位置和运行状况对手柄指令进行限速处理后,向驱动器发出一个适当的速度给定信号。例如当起升机构运行并上升到某一高度达到上升减速区时,或吊具上的负载超过一定重量时,PLC程序将手柄指令限制在某低档速度上(虽然实际手柄指令可能在较高的速度档上);当起升高度达到上升停止位时,上升速度将限制为零,但下降速度不受限制。在零速保持控制中,PLC将根据零速失败信号判断转速是否正常,同时PLC监视起升电流值。零速电流应与开始吊起集装箱时得到的称重电流基本一致。如出现电流偏差超过设定范围,则取消零速保持并立即制动,从而保证零速保持的安全。

5  结束语

　　岸边集装箱装卸桥在实际对箱中可能会受到各种因素的影响。如果不全面考虑并采取预防措施,会给安全生产带来隐患。本文介绍的系统由于采用了上述设计思想,有效地减少了对箱时间并能保证起升安全。系统实际使用两年多,对箱效率高,安全可靠,用户反映良好。

参考文献

1   顾战松.可编程控制器原理与应用.北京:国防工业出版社,1996

2   陈春雨.可编程序控制器应用软件设计方法与技巧.北京:电子工业出版社,1992

3   魏志精.可编程控制器应用技术.北京:电子工业出版社,1995

4   陈宇.可编程控制器基础及编程技巧.广州:华南理工大学出版社,1999