采用PLC和变频器对起重机小车同步控制

在传统的传动系统中，要保证多个执行机构的速度同步控制，常采用机械传动刚性联接装置来实现。但当各执行机构要求输入功率较大，或各执行机构之间的距离较远时，就只能考虑采用独立控制的非刚性联接传动方法，即实行多电机同步驱动。但在同步驱动系统中，由于系统受诸多因素的影响，各部分将会产生不同程度的波动，转速偏离正常值，造成系统的不同步运行。这样轻则损坏设备，重则造成人身安全事故。故同步调速控制具有实际工程意义。        下面我们介绍一种较先进的同步控制方法，即利用ＰＬＣ和变频器实现两个装置间速度同步。
１ 问题的提出
龙门起重机的运行设备大都采用大功率交流电机驱动，运行设备中的电动机是通过联轴器、传动轴和减速器驱动车轮，使之沿轨道运行。龙门起重机中使整台起重机沿轨道运行的部分被称为大车运行机构。另外，使起重小车沿着铺设在主梁上的轨道运行的部分被称为小车运行机构。若小车起重吨位较大时，必须用两台四轮小车驱动，可采用两台放在轨道两侧，成对角线布置的电动机驱动（如图１所示）。但由于两传动系统未采用刚性联接，当系统起动或传动系统间隙不均、制动器松紧调节有差异时，就会造成两主动轮转速不能同步，而使车体扭转，造成“爬轨”现象，严重影响了起重机的安全使用，甚至可能造成脱轨的危险。
２ 实现方法
为了实现两台牵引电机的速度同步，可以采用两台ＹＺＲ１６０Ｍ１－６／７．５ｋＷ的变频电机进行牵引，然后分别采用变频器进行调速控制，再用ＰＬＣ对两台变频器直接控制。
在闭环控制中，以牵引电机１的速度为目标速度，由牵引电机２的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机１的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接。于是编码器１和编码器２分别采集到上述两电机的速度脉冲信号，并送到ＰＬＣ的高速计数口或接在ＣＰＵ的ＩＲ０００００～ＩＲ００００３。以这两个速度信号数据作为输入控制量，进行比例——积分（ＰＩ）控制运算，运算结果作为输出信号送达ＰＬＣ的模拟量模块，以控制牵引电机２的变频器。因此，就可以保证牵引电机２的速度跟踪牵引电机１速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步而避免“爬轨”现象发生。
取自编码器采集的脉冲信号，转换成电机速度数据，经过上、下处理以后，存储于某个ＤＭ区中，以作为运算中的Ｙ值。计算后的Ｐ值，送到模拟量输出通道，经过上下限标定后，换算成变频器能接受的电流或电压信号，用以控制牵引电机２的变频器。
另外，工作现场还存在数台大功率的大车驱动电机。因此，为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰，我们在设计ＰＩ控制算法时，必须考虑利用积分环节Ｉ来消除累积误差。这样，牵引电机１和牵引电机２就能很好地进行同步控制并且同步精度较高，从而确保运行机构的稳定性。
３ 控制结果
利用ＶＢ编制ＰＬＣ上位机监控程序，采集速度值并绘制曲线，数据提取的时间间隔为１５ｍｓ。图４是牵引电机１的速度与牵引电机２的速度间的关系曲线。曲线是随小车的运行实时地发生变化的。实际上牵引电机１和牵引电机２速度是相同的，但为了反映牵引电机２的跟踪和波动情况，我们有意识地将其分开，上面是牵引电机１的速度曲线，下面是牵引电机２的速度曲线。
牵引电机１的速度发生变化时，牵引电机２就能及时地响应，进行跟踪，并且能很快地达到稳定。实验表明，采用ＰＬＣ和变频器的控制方法，能达到较高的同步要求，响应快、速度波动幅度较小。
４ 结束语
此控制方案已在４０吨龙门起重机设计中获得应用。从运行情况来看，小车同步起动效果明显，运行平稳，基本上克服了“爬轨”现象。随着变频技术应用范围的扩大，利用ＰＬＣ技术进行控制，必将更好地提高传动系统对速度控制的可靠性与灵活性。