Controllogix在桥式起重机中的应用

分类：技术教程日期：2012-06-20 00:00:00 来源：西部工控网

　　1 引言

　　在当前控制领域，矢量变频技术已经成熟并且得到了极为广泛的成功应用，在济钢中厚板厂板库桥式起重机中引入此技术，可以提高吊装的稳定性，降低钢板表面划伤的概率，同时会为今后的长期运行带来“一劳永逸”的应用效果，使得此桥式起重机成为真正意义的“免维护”系统，大大地降低成本，节省人力资源。基于以上考虑，决定对济钢中厚板厂板库20+20吨桥式起重机引入矢量变频控制技术。

　　2 ControlLogix系统的硬件设计

　　根据控制要求，我们提出了使用ControlLogix系统集成构架来解决的方案。CONTROLLOGIX具有多处理器，多任务，多网络，多语言;各种各样的模拟，离散和特殊I/O，顺序，过程，传动和运动控制的高级集成的特点。

　　该控制系统是CONTROLLOGIX系统主机架、1794FLEX I/O分站、触摸屏、AB矢量变频器、交流变频电机YPG355M-10双轴变频电机一台组成的矢量控制调速系统。PLC主要完成对矢量变频器及大车及小车横移变频器的控制，接收由操作台1794FLEX I/O分站采集到信号并通过DeviceNET现场总线传输到CONTROLLOGIX控制器，由控制器做出运算后给通过DeviceNET现场总线送给AB矢量变频器作为给定信号。Eview触摸屏利用RS232与PLC进行通讯，对整个控制系统的状态进行监控。变频器接收给定信号后，根据给定的的大小和正负来使得变频调速驱动电机运转的快慢和方向。电气控制系统网络示意图如图1所示。

　　图1 电气控制系统网络示意图

　　3 主起升控制模型的建立思路

　　3.1传动控制原理及变频器的使用

　　根据桥式起重机主起升装置的运动特性，需要引入矢量控制。其原理是三相异步电动机在空间上产生的是旋转磁场，如果要模拟直流电动机的电枢磁势与磁场垂直，并且电枢磁势大小和磁场强弱分别可调，那么设想三相异步电动机由M、T两相绕阻构成模型。

　　该模型有两个互相垂直的绕阻：M绕组和T绕组且以角频率ω在空间旋转。T、M绕组分别通以直流电流iT、iM。iM在M绕组轴线上产生磁场，iM称为励磁电流，调节iM大小可以调节磁场强弱。iT在T绕组轴线上产生磁场，这个磁场总是与磁场同步旋转，而且总是与磁场方向垂直，调节iT大小可以在磁场不变时改变转矩大小，iT称为转矩电流。iT和iM分属于T、M绕组，因此通过控制iT和iM的大小也就是电流矢量i的幅值和方向去等效控制三相电流ia、ib、ic的瞬时值，从而调节电机的磁场与转矩以达到调速的目的。

　　根据此桥式起重机的实际情况，决定采用AB的PowerFlex700系列变频器，采用有速度传感器矢量控制，其控制框图如图2所示。

　　各符号含义：r：速度给定;Kp：速度环比例增益;K1：速度环积分增益;Tmode：转矩模式;V-PI：速度调节器;Tlimit：转矩限制器;Tr：外部转矩;Vs：转矩模式选择输出;Tstop：转矩补偿;Id：转矩分量;Iq：转矩分量;Tfb：转矩反馈;PG：速度反馈编码器;Droop：特性软化附加给定。

　　从图2可以看出，传动控制系统分为两个部分：

　　内环：转矩、电流环，响应时间1ms。

　　外环：速度环，响应时间跟电机与机械配合有关，一般为200ms。

　　变频器启动速度较慢，操作人员无法短时间内适应。通过框图可见，调整Kp速度环比增益可以增加变频器启动速度，避免在给定频率较小时桥式起重机主起升启动较慢的现象，增加变频桥式起重机的可操控性。

　　3.2控制模型的建立

　　根据响应时间，设计主起升扫描周期不同，程序在编制时按照程序包负责的任务的区别而将程序的执行扫描周期划分为2类，扫描周期越短，控制精度越高。考虑到实际控制精度，利用CONTROLLOGIX系统中程序功能包Task(任务)及其扫描周期的定义设置控制溜钩的程序响应时间为10ms，设置运动控制的程序响应时间为200ms。

　　制约变频器在桥式起重机上使用的最大问题是变频器启动时力矩较小，使得在重载起动时，容易发生溜钩现象。控制溜钩时可以将系统的启动条件中加入达到溜钩时力矩的连锁，从而控制抱闸系统打开的条件，可在理论上消除溜钩的可能性。

　　根据图3所示的POWERFLEX700变频器矢量控制原理图，我们可以发现，变频器最终输出的转矩电流来决定起升力距的大小，而所有的外部输入参数均是可变的。

　　根据交流电动机力矩特性，当电机为矢量控制方式时，如果电机在额定转速以下，其力矩电流的与定力矩电流的百分比也就是输出力矩与额定力矩的百分比。这样我们可根据变频器输出的转矩电流来作为控制溜钩的变量。通过DATALINK的方法，将变频器的转矩电流采集至CONTROLLOGIX系统中，由1756-L61CPU进行处理后，在给变频器运行的指令，从而达到避免溜钩的目的。程序如图4所示。

　　本系统为罗克韦尔CONTROLLGIX集成构架，编程软件采用RSLOGIX5000软件进行编程，根据工艺要求和良好的硬件基础，软件设计实现了连锁合理、保护全面、程序简洁、容易读写、查询方便快捷等效果，同时也实现了起升装置，大车行走，小车行走，液压润滑系统连锁信号的顺畅传送。为新20+20吨桥式起重机矢量变频系统的长期稳定运行，提供了强大的软件支持。