大型造船龍門起重機(jī)PLC網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

祝福+高峰

摘 要：以PLC主站為中心，通過(guò)Profibus-DP總線連接大車、小車、起升變頻器、各機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程I/O從站及編碼器，并通過(guò)太網(wǎng)連接上位機(jī)和司機(jī)室的觸摸屏， 構(gòu)成了大型造船龍門起重機(jī)的智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng).

關(guān)鍵詞：造船龍門起重機(jī)；PLC ；變頻器；觸摸屏

中圖分類號(hào)：U665 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

Abstract：Centering on the PLC master station， through the profibus-dp bus connected with cart， trolley， lifting of inverter， the agencies from remote I/O station and encoder， and through the mt net connected to the PC and the driver room touch screen， it constitutes the intelligent network control system of large shipbuilding gantry crane.

Key Words： Large shipbuilding gantry crane； PLC； Inverter； Touch screen

1 引言

隨著我國(guó)船舶工業(yè)的快速發(fā)展，所建船舶的噸位也越來(lái)越大，帶動(dòng)了造船龍門起重機(jī)的快速發(fā)展，特別是大跨距、大噸位的大型造船龍門起重機(jī)廣泛應(yīng)用于船塢、船臺(tái)等船體建造場(chǎng)地，完成船體分段垂直升起和下降、平移行走和空中翻身等功能的吊裝任務(wù)。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)構(gòu)多、機(jī)體龐大，負(fù)載噸位一般都在幾百噸以上，所以它的電氣控制系統(tǒng)必須要精準(zhǔn)可靠。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域也日新月異，大型造船龍門起重機(jī)大都采用PLC和交流變頻智能化、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，以降低投資成本，提高控制的可靠性，方便日常的維修保養(yǎng)。由于篇幅有限，本文以一臺(tái)400 t大型造船龍門起重機(jī)為例 ，僅對(duì)其PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行論述。

2 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成

2.1 硬件構(gòu)成

大型造船龍門起重機(jī)一般都是由上小車、下小車、大車剛性腿及其行走機(jī)構(gòu)、大車柔性腿及其行走機(jī)構(gòu)、主控室和各機(jī)構(gòu)電控室、操作室和載人電梯等構(gòu)成。其中上小車包括1#起升機(jī)構(gòu)、2#起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)；下小車包括3#起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。

大型造船龍門起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)需要完成對(duì)上述各機(jī)構(gòu)發(fā)出工作指令進(jìn)行速度控制、位置檢測(cè)以及安全保護(hù)等，完成升降、平移、分段空中翻身等吊裝任務(wù)。

2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要以可編程邏輯控制器為中心，組建以PLC主站為中心，通過(guò)Profibus-DP總線一部分連接大車、小車及起升變頻器，一部分連接各機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程I/O從站及編碼器，同時(shí)通過(guò)光纜建立以太網(wǎng)，連接上位機(jī)和司機(jī)室的觸摸屏。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖1所示。

2.3 PLC的配置

PLC以O(shè)MRON公司的CSIG-CPU45H作為整個(gè)控制系統(tǒng)的主機(jī)， CSIG-CPU45H具有廣泛的通訊功能、便于分布式控制的結(jié)構(gòu)形式、簡(jiǎn)單便捷的操控界面。PLC系統(tǒng)的配置見(jiàn)下表1。

3 控制系統(tǒng)的工作分析

整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，各部分的工作分析如下：

3.1 電氣控制室

電氣控制室作為整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的“大腦”，內(nèi)部安裝有PLC主站、上位機(jī)、剛?cè)嵬却筌囆凶呖刂乒?、上下小車行走控制柜、上下小車起升控制柜。系統(tǒng)內(nèi)各部件電氣控制柜的接觸器、斷路器及熔斷器組成信號(hào)采集系統(tǒng)，各內(nèi)部信號(hào)的保護(hù)與采集、司機(jī)發(fā)出的操作命令等都通過(guò)I/O從站送入PLC主站內(nèi)。

3.2 遠(yuǎn)程I/O從站

遠(yuǎn)程I/O從站完成信號(hào)的釆集，一方面將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號(hào)傳給PLC主控制器，另一方面開關(guān)量信號(hào)直接進(jìn)入PLC，遠(yuǎn)程從站將收集的信號(hào)反饋給PLC主站，PLC主站執(zhí)行邏輯控制程序，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)起升、小車、大車變頻器的起動(dòng)、停止、速度控制。

上小車I/O站的主要作用是將電機(jī)保護(hù)信號(hào)及其小車內(nèi)機(jī)構(gòu)的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行收集，如：上升終點(diǎn)信號(hào)、下降終點(diǎn)信號(hào)、起重量限制器超載信號(hào)等；

下小車中的遠(yuǎn)程I/O從站主要作用是對(duì)電機(jī)保護(hù)信號(hào)和相應(yīng)的下小車機(jī)構(gòu)中的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行收集，例如下降過(guò)程中的終點(diǎn)信號(hào)等；

大車剛性腿中的遠(yuǎn)程從站主要作用是電機(jī)保護(hù)信號(hào)的收集以及大車剛性腿中的機(jī)構(gòu)保護(hù)信號(hào)的收集；

大車柔性腿的遠(yuǎn)程子站主要作用是對(duì)電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的保護(hù)信號(hào)及大車柔性腿中的機(jī)構(gòu)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行收集。

3.3 司機(jī)室

司機(jī)室也是一個(gè)遠(yuǎn)程I/O從站，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息和指令的傳遞，操作者可以通過(guò)觸摸屏了解到起重機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)操作界面實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)顯示及故障報(bào)警：可以使操作人員通過(guò)觸摸屏畫面觀察到整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的接觸器、斷路器、變頻器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控變頻器的設(shè)定頻率、轉(zhuǎn)速及當(dāng)前實(shí)際的頻率和轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)工作狀態(tài)等。

也可以根據(jù)用戶授權(quán)設(shè)定對(duì)個(gè)別參數(shù)進(jìn)行修改，各終端信號(hào)源根據(jù)控制精度和功能需要，在龍門起重機(jī)上安裝檢測(cè)元件和電氣限位開關(guān)，檢測(cè)元件主要是編碼器，它是信號(hào)的發(fā)出端，也是控制指令的接收端。

3.4 變頻器子站

在系統(tǒng)中設(shè)有絕對(duì)值編碼器的子站，其作用主要是當(dāng)其作為從站使用時(shí)，通過(guò)主站向變頻器發(fā)送指令，并且可以接收其反饋的故障報(bào)告信號(hào)。龍門吊中的上小車1#號(hào)起升位置的編碼設(shè)備以及2#號(hào)起升位置的編碼設(shè)備和下小車主要的起升位置中的編碼設(shè)備主要是測(cè)驗(yàn)各個(gè)起升位置并且傳送到中央控制器。龍門吊中控制大車剛性腿運(yùn)行狀況的編碼設(shè)備，主要作用是檢驗(yàn)各自的運(yùn)行狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳送到中央存儲(chǔ)器。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型造船龍門起重機(jī)占地面積較大，各運(yùn)行機(jī)構(gòu)與中央處理器（CPU）主站的距離一般較遠(yuǎn)，所以需要相應(yīng)的在各機(jī)構(gòu)中設(shè)置遠(yuǎn)程I/O從站，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的通訊方式控制變頻器，同時(shí)也釆集和讀取變頻器內(nèi)部的信息。通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)安裝觸摸屏和工控機(jī)等設(shè)備，能完成對(duì)整機(jī)性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和故障排查，同時(shí)還可將設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)助技術(shù)方便快捷地從專家那里獲得幫助，能迅速判斷事故原因，縮短維修時(shí)間。大型造船龍門起重機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化，是目前和今后一段時(shí)間的發(fā)展方向。

本網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)測(cè)試、模擬運(yùn)行，證明方案可行，能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求。

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