CN103552928A - 塔机变频控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机变频控制系统，包括PLC控制系统、塔机升降变频控制系统，PLC控制系统分别与塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统、塔机指令控制系统、塔机制动系统、塔机安全控制系统、塔机载荷及力矩检测系统连接，升降驱动系统与塔机升降变频控制系统连接，回转驱动系统与塔机回转变频控制系统连接，变幅驱动系统与塔机变幅变频控制系统连接，机电磁制动电源、塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统分别于主供电电源连接，机电磁制动电源为塔机制动系统提供电磁制动输入电源，塔机制动系统分别为升降驱动系统、回转驱动系统、变幅驱动系统提供塔机制动执行电源。

Description

塔机变频控制系统

技术领域

本发明涉及建筑机械设备电气控制技术领域，特别涉及一种塔机变频控制系统。

背景技术

随着建筑施工塔机控制方式的不断升级换代，塔机变频控制得到了大量的应用。变频控制系统的应用极大地降低了生产劳动强度，提高了塔机运行的安全性，减少了升降、回转、变幅等操作环节对机械结构的冲击。但是，现有技术中，由于塔机大部分时间运行在轻载状态，现有的变频控制系统其运行的最大速度即使在空载、轻载状态下仍旧停留在50Hz的固定频率，最大运行速度不能根据负载的情况自动进行调节，这种状态能源消耗高、制约了塔机生产效率的进一步提高，由于不能根据负载调节最大运行速度，所以使得变频器控制系统的节能效果大打折扣，塔机升降过程中对机械结构的冲击大，设备的安全运行可靠性等方面还存在隐患，同时也没有充分发挥变频器的潜能，使得变频控制器高效、安全、节能的优点没有得到很好的体现。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种塔机变频控制系统；利用变频控制器及PLC可编程序控制器完善的保护性能，延长了设备使用寿命，提高了生产效率和经济效益，提高了塔机运行的可靠性、安全性。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种塔机变频控制系统，包括PLC控制系统、塔机升降变频控制系统，所述PLC控制系统分别与塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统、塔机指令控制系统、塔机制动系统、塔机安全控制系统、塔机载荷及力矩检测系统连接，升降驱动系统与塔机升降变频控制系统连接，回转驱动系统与塔机回转变频控制系统连接，变幅驱动系统与塔机变幅变频控制系统连接，塔机电磁制动电源、塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统分别于主供电电源连接，塔机指令控制系统将安全保护指令发送到塔机安全控制系统、将塔机运行指令发送到PLC控制系统，塔机安全控制系统将塔机安全控制信号发送到PLC控制系统，PLC控制系统将塔机制动控制信号发送到塔机制动系统，塔机载荷及力矩检测系统将力矩、重载、轻载检测信号发送到PLC控制系统，PLC控制系统将变频运行控制信号发送到塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统，塔机电磁制动电源为塔机制动系统提供电磁制动输入电源，塔机制动系统分别为升降驱动系统、回转驱动系统、变幅驱动系统提供塔机制动执行电源。

所述塔机升降变频控制系统包括升降变频控制器BP1、升降主令控制器，所述升降变频控制器与主提升主控回路连接，升降变频控制器通过开关及继电器与电源连接，所述升降变频控制器、升降主令控制器LK分别与PLC可编程控制器连接。

所述PLC可编程控制器设有PLC输入点X0、输入点X1、输入点X2、输入点X3、输入点X27、公共点COM，所述升降主令控制器LK的上升控制常开触点LK1一端串接在PLC输入点X0上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器下降常开触点LK2一端串接在PLC的输入点X1上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器LK的升降一速常开触点LK3一端串接在PLC的输入点X2上，另一端并接在PLC的公共点COM上；所述主令控制器LK的升降二速常开触点LK4一端串接在PLC输入点X3上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述轻载自动检测控制器的常开触点XK5一端串接在PLC的输入点X27上，另一端并接在PLC的公共点COM上。

所述升降变频控制器设有上升输入点X1、下降输入点X2、升降一速输入点X3、升降二速输入点X4、轻载自动高速输入点X5、公共点COM；所述PLC可编程控制器设有输出点Y2、输出点Y3、输出点Y4、输出点Y5、输出点Y6、输出公共点COM2，其中输出点Y2与上升输入点X1串接；所述输出点Y3与下降输入点X2串接；所述输出点Y4与升降一速输入点X3串接；所述输出点Y5与升降二速输入点X4串接；所述输出点Y6与轻载自动高速输入点X5串接；所述输出公共点COM2与升降变频控制器BP1的公共点COM串接。

塔机电磁制动电源为塔机制动系统提供AC220V电磁制动输入电源。

所述塔机电磁制动电源、塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统与AC380V电源连接。

本发明的有益效果：

1、本发明能够根据实际载荷的大小，实现可对升降的运行速度进行自动调节，在实际载荷低于额定载荷的30%时，本控制系统可自动调整运行速度，其最高速度比现有控制系统提高约90%，降低了能耗，提高了生产效率；自动检测塔机运行中的实际载荷达到轻载条件时，变频控制器自动运行在恒功率状态，生产效率高，运行成本低，提高了经济效益；

2、实现了升降轻载自动提速，节能效果明显，经过与现有技术的变频塔机控制柜试验对比，节能效果比现有的变频塔机控制系统提高15-20%；

3、采用变频控制器与PLC可编程控制器的组合，变频控制系统具有全方位的运行安全保护功能，提高了建筑塔机运行的可靠性及安全性。

4、改善建筑塔机的运行性能，使建筑塔机启停平稳、舒适感强，减少运行中的机械冲击，降低机械配件的更换、维修率，消除机械结构永久变形隐患，延长设备使用寿命。

附图说明

图1、图2为本发明的主控制电路结构示意图；

图3、图4为本发明的变频电气控制系统原理图；

图5、图6为本发明PLC控制系统电路连接结构示意图；

图7为本发明的塔机升降变频控制系统原理图；

图8为本发明的功能流程图；

其中，1、主供电电源，2、塔机升降变频控制系统，3、塔机回转变频控制系统，4、塔机变幅变频控制系统，5、升降驱动系统，6、回转驱动系统，7、变幅驱动系统，8、塔机电磁制动电源，9、塔机指令控制系统，10、PLC控制系统，11、塔机制动系统，12、塔机安全控制系统，13、塔机载荷、力矩检测系统。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如图1至图8所示，一种塔机变频控制系统，包括PLC控制系统10、塔机升降变频控制系统2，所述PLC控制系统10分别与塔机升降变频控制系统2、塔机回转变频控制系统3、塔机变幅变频控制系统4、塔机指令控制系统9、塔机制动系统11、塔机安全控制系统12、塔机载荷、力矩检测系统13连接，升降驱动系统5与塔机升降变频控制系统2连接，回转驱动系统6与塔机回转变频控制系统3连接，变幅驱动系统7与塔机变幅变频控制系统4连接，塔机电磁制动电源8、塔机升降变频控制系统2、塔机回转变频控制系统3、塔机变幅变频控制系统4分别与AC380V主供电电源连接，塔机指令控制系统9将安全保护指令发送到塔机安全控制系统12、将塔机运行指令发送到PLC控制系统10，塔机安全控制系统12将塔机安全控制信号发送到PLC控制系统10，PLC控制系统10将塔机制动控制信号发送到塔机制动系统11，塔机载荷、力矩检测系统13将力矩、重载、轻载检测信号发送到PLC控制系统10，PLC控制系统10将变频运行控制信号发送到塔机升降变频控制系统2、塔机回转变频控制系统3、塔机变幅变频控制系统4，塔机电磁制动电源8为塔机制动系统11提供AC220V电磁制动输入电源，塔机制动系统11分别为升降驱动系统5、回转驱动系统6、变幅驱动系统7提供塔机制动执行电源。

所述塔机升降变频控制系统2包括升降变频控制器BP1、升降主令控制器LK，所述升降变频控制器BP1与主提升主控回路连接，同时升降变频控制器BP1还通过开关QF3及继电器KM与电源连接，所述升降变频控制器BP1、升降主令控制器LK分别与PLC可编程控制器连接。

所述PLC可编程控制器设有PLC输入点X0、输入点X1、输入点X2、输入点X3、输入点X27、公共点COM，所述升降主令控制器LK上升控制常开触点LK1一端串接在PLC输入点X0上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器下降常开触点LK2一端串接在PLC的输入点X1上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器LK的升降一速常开触点LK3一端串接在PLC的输入点X2上，另一端并接在PLC的公共点COM上；所述主令控制器LK的升降二速常开触点LK4一端串接在PLC输入点X3上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述轻载自动检测控制器的常开触点XK5一端串接在PLC的输入点X27上，另一端并接在PLC的公共点COM上。

所述升降变频控制器BP1设有上升输入点X1、下降输入点X2、升降一速输入点X3、升降二速输入点X4、轻载自动高速输入点X5、公共点COM；所述PLC可编程控制器设有输出点Y2、输出点Y3、输出点Y4、输出点Y5、输出点Y6、输出公共点COM2，其中PLC可编程控制器的输出点Y2与升降变频控制器BP1的上升输入点X1串接；所述PLC可编程控制器的输出点Y3与升降变频器BP1的下降输入点X2串接；所述PLC可编程控制器的输出点Y4与升降变频控制器BP1的升降一速输入点X3串接；所述PLC可编程控制器的输出点Y5与升降变频控制器BP1的升降二速输入点X4串接；所述PLC可编程控制器的输出点Y6与升降变频控制器BP1的轻载自动高速输入点X5串接；所述PLC可编程控制器的输出公共点COM2与升降变频控制器BP1的公共点COM串接。

本发明的工作原理和工作过程

1、初次开车前的准备工作：

合上断路器QF1总电源通(在主电源无缺相且相序正常情况下，相序保护器DXJ吸合，串接在控制回路中的常开触点DJX闭合)、。分别合上QF3-QF9断路器开关，为各回路得电准备条件。

2、建筑塔机上升操作运行控制：

按动操作联动台上联络按钮SB1，电铃EL发出开车联络信号，得到开车许可后，按动按钮SB2，控制电流经102-SBS1-104-SB2-109-LK0-110-HK0-111-BK0-108-KA1-202形成回路，总电源安全继电器KA1吸合。（LK0/BK0/HK0为升降主令控制器、变幅主令控制器、回转主令控制器的零位触点，在零位时保持闭合）

KA1吸合：串接在总电源控制接触器KM回路中的常开触点KA1(102-103)闭合，接触器KM吸合并自保,电源分别送到QF3-QF9开关。

按动液压站控制按钮SB3，控制电流经：102-SBS2-112-SB3-113-KM1-114-KH2-202形成回路，液压站控制接触器KM1吸合并自保，液压站启动，为解除升降制动提供条件。

将升降主令控制器LK推向上升档位LK1，PLC控制系统输入点X0得到上升指令信号，经过逻辑判断后PLC输出点Y2向升降变频控制器BP1输出上升指令控制信号，BP1从零速平滑加速至15Hz。

继续将LK主令控制器推至一速档LK3，PLC输入点X2得到一速指令信号，经逻辑判断后，PLC输出点Y4向变频器BP1发出一速运行控制信号，BP1从16Hz平滑加速至35Hz。

继续将LK主令控制器推至二速档LK4，PLC输入点X3得到二速指令信号，经逻辑判断后，PLC输出点Y5向变频器BP1发出二速运行控制信号，BP1从36Hz平滑加速至50Hz,并保持该速度运行至停车点。

到达停车点时，将主令控制器LK恢复到零位，变频器BP1经过设定的减速时间将速度降至到2.5Hz(抱闸动作频率)时，输出抱闸信号，串接在PLC控制系统输入点X30上的1K1触点闭合，经PLC逻辑判断，其输出点Y34输出信号使得推杆制动控制继电器KA2吸合。

KA2吸合：串接在推杆制动接触器KM2回路中的常开触点KA2(102-115)闭合，KM2吸合，升降驱动系统制动功能有效，上升制动停车。

当塔机需要上升到最大运行高度时，为防止上升位置超限，在塔机最大允许上升高度的下方，设置有限速开关ST3，当塔机上升到该位置并触动限速开关ST3后，PLC输入点X6得到安全限速指令,经过逻辑判断通过内部程序，切除一、二速运行指令信号，将速度限制在15Hz以下。

3、建筑塔机下降操作运行控制：

得到下降操作允许后，将主令控制器LK推向下降档LK2，PLC输入点X1得到下降指令，经过逻辑判断，其输出点Y3输出下降指令控制信号，BP1变频控制器从零速平滑加速到15Hz。

下降运行的一速档LK3、二速档LK4、停车制动动作程序同上升运行情况相同。

在塔机运行至接近地面的位置设有下降减速开关ST4，当塔机运行至接近地面时，并触动减速开关ST4，PLC可编程控制器的输入点X6得到安全限速指令，经过逻辑判断通过内部程序，切除一、二速运行指令信号，将速度限制在15Hz以下。

4、建筑塔机的回转左向运行控制：

将回转主令控制器HK推至向左回转档位HK1，PLC可编程控制器的输入点X7接到向左转指令，PLC经逻辑判断后其输出点Y12输出向左转指令控制信号，回转变频器BP2从零速平滑加速到15Hz，并推动回转驱动系统向左运行。

将主令控制器HK推向回转一速档HK3，PLC输入点X11得到一速运行指令，经过逻辑判断后其输出点Y14输出回转一速控制信号，BP2从16Hz平滑加速到35Hz。

将主令控制器HK推向回转二速档HK4，PLC输入点X12得到二速运行指令，经过逻辑判断后其输出点Y15输出回转二速控制信号，BP2从36Hz平滑加速到50Hz。

当回转操作运行到停车位置时，将主令控制器HK恢复到零位，变频器BP2将平滑的减速到2.5Hz，并输出抱闸制动信号，串接在PLC输入点X31回路中的常开触点2K1闭合，PLC经过逻辑判断其输出点Y35输出控制信号，回转制动控制继电器KA3吸合。

KA3吸合：串接在回转制动接触器KM3回路中的常开触点KA3(102-117)闭合，接触器KM3吸合，回转驱动系统制动功能有效，回转制动停车。

5、建筑塔机的回转右向运行控制：

将回转主令控制器HK推至向右回转档位HK2，PLC可编程控制器的输入点X10接到向右转指令，PLC经逻辑判断后其输出点Y13输出向右转指令控制信号，回转变频器BP2从零速平滑加速到15Hz，并推动回转驱动系统向右运行。

右向回转一档、二档、停车操作程序同向左回转运行操作相同。

6、建筑塔机的向外变幅运行控制：

将变幅主令控制器BK推至向外变幅档位BK1，PLC可编程控制器的输入点X15接到向外变幅指令，PLC经逻辑判断后，其输出点Y22输出向外变幅指令控制信号，变幅变频器BP3从零速平滑加速到15Hz，并推动变幅驱动系统向外变幅运行。

将主令控制器BK推向变幅一速档BK3，PLC输入点X17得到一速运行指令，经过逻辑判断后其输出点Y24输出变幅一速控制信号，BP3从16Hz平滑加速到35Hz。

将主令控制器BK推向回转二速档BK4，PLC输入点X20得到二速运行指令，经过逻辑判断后其输出点Y25输出变幅二速控制信号，BP2从36Hz平滑加速到50Hz。

当向外变幅运行到停车位置时，将主令控制器BK恢复到零位，变频器BP3将平滑的减速到2.5Hz，并输出抱闸制动信号，串接在PLC输入点X32回路中的常开触点3K1闭合，PLC经过逻辑判断其输出点Y36输出控制信号，变幅制动控制继电器KA4吸合。

KA4吸合：串接在变幅制动接触器KM4回路中的常开触点KA4(102-118)闭合，接触器KM4吸合，变幅驱动系统制动功能有效，变幅运行制动停车。

6、建筑塔机的向内变幅运行控制：

将变幅主令控制器BK推至向内变幅档位BK2，PLC可编程控制器的输入点X16接到向内变幅指令，PLC经逻辑判断后，其输出点Y23输出向内变幅指令控制信号，变幅变频器BP3从零速平滑加速到15Hz，并推动变幅驱动系统向内变幅运行。

向内变幅一档、二档、停车操作运行程序同向外变幅操作相同。

7、塔机升降自动提速运行控制：

塔机升降运行开始后，力矩、载荷、轻载检测系统自动检测本次操作的实际力矩、载荷的大小。当检测到实际力矩＜额定力矩的80%实际载荷≤额定载荷的30%时，串接在PLC控制系统输入点X23/X27的触点XK1/XK5闭合，PLC经过内部程序进行逻辑判断，并在其输出点Y6输出轻载高速运行控制信号，升降变频控制器BP1得到高速运行控制信号后，将速度从50hz平滑的加速到95Hz(该速度可根据机械工况，进行向下调节)

8、控制系统安全运行保护：

上升下降限位开关ST1/ST2：当塔机在上升/下降过程中上升、下降到最大极限位置时，设置在升降机械系统上的上下限位开关ST1/ST2被触动并闭合，PLC控制系统的输入点X4/X5得到上限位或下限位指令，经过内部程序逻辑判断，切除变频器BP1运行信号，并进行紧急制动。当上限位动作后，再次进行操作时，塔机只能向下降的方向运行，上升控制无效。当下限位动作后，再次操作时，塔机只能向上升方向操作运行，下降控制无效。

回转及变幅限位控制原理同升降限位原理相同。

力矩≥80%保护：当力矩检测系统检测到实际力矩≥额定力矩的80%时，串接在PLC控制系统输入点X21上的XK1触点闭合，PLC经过逻辑判断后，切断向外变幅一、二速运行，并声光报警，使变幅运行速度在0-15Hz范围内。

力矩＞100%保护：当力矩检测系统检测到实际力矩＞额定力矩的100%时，串接在PLC控制系统输入点X22上的XK2触点闭合，PLC经过逻辑判断后，切断上升回路及向外变幅回路，系统只能进行下降、向内变幅操作，并声光报警。载荷≥80%保护：当载荷检测系统检测到实际载荷≥额定载荷的80%时，串接在PLC控制系统输入点X23上的XK3触点闭合，PLC经过逻辑判断后，切断上升二速运行，并声光报警，使上升运行速度在0-35Hz范围内。

载荷＞100保护：当载荷检测系统检测到实际载荷＞额定载荷的100%时，串接在PLC控制系统输入点X24上的XK4触点闭合，PLC经过逻辑判断后，切断上升回路及向外变幅回路，系统只能进行下降、向内变幅操作，并声光报警报警。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种塔机变频控制系统，包括PLC控制系统、塔机升降变频控制系统，其特征是，所述PLC控制系统分别与塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统、塔机指令控制系统、塔机制动系统、塔机安全控制系统、塔机载荷及力矩检测系统连接，升降驱动系统与塔机升降变频控制系统连接，回转驱动系统与塔机回转变频控制系统连接，变幅驱动系统与塔机变幅变频控制系统连接，机电磁制动电源、塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统分别于主供电电源连接，塔机指令控制系统将安全保护指令发送到塔机安全控制系统、将塔机运行指令发送到PLC控制系统，塔机安全控制系统将塔机安全控制信号发送到PLC控制系统，PLC控制系统将塔机制动控制信号发送到塔机制动系统，塔机载荷及力矩检测系统将力矩、重载、轻载检测信号发送到PLC控制系统，PLC控制系统将变频运行控制信号发送到塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统，机电磁制动电源为塔机制动系统提供电磁制动输入电源，塔机制动系统分别为升降驱动系统、回转驱动系统、变幅驱动系统提供塔机制动执行电源。

2.如权利要求1所述的塔机变频控制系统，其特征是，所述塔机升降变频控制系统包括升降变频控制器BP1、升降主令控制器，所述升降变频控制器与主提升主控回路连接，升降变频控制器通过开关及继电器与电源连接，所述升降变频控制器、升降主令控制器LK分别与PLC可编程控制器连接。

3.如权利要求2所述的塔机变频控制系统，其特征是，所述PLC可编程控制器设有PLC输入点X0、输入点X1、输入点X2、输入点X3、输入点X27、公共点COM，所述升降主令控制器LK的上升控制常开触点LK1一端串接在PLC输入点X0上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器下降常开触点LK2一端串接在PLC的输入点X1上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述主令控制器LK的升降一速常开触点LK3一端串接在PLC的输入点X2上，另一端并接在PLC的公共点COM上；所述主令控制器LK的升降二速常开触点LK4一端串接在PLC输入点X3上，另一端并接在PLC公共点COM上；所述轻载自动检测控制器的常开触点XK5一端串接在PLC的输入点X27上，另一端并接在PLC的公共点COM上。

4.如权利要求3所述的塔机变频控制系统，其特征是，所述升降变频控制器设有上升输入点X1、下降输入点X2、升降一速输入点X3、升降二速输入点X4、轻载自动高速输入点X5、公共点COM；所述PLC可编程控制器设有输出点Y2、输出点Y3、输出点Y4、输出点Y5、输出点Y6、输出公共点COM2，其中输出点Y2与上升输入点X1串接；所述输出点Y3与下降输入点X2串接；所述输出点Y4与升降一速输入点X3串接；所述输出点Y5与升降二速输入点X4串接；所述输出点Y6与轻载自动高速输入点X5串接；所述输出公共点COM2与升降变频控制器BP1的公共点COM串接。

5.如权利要求1所述的塔机变频控制系统，其特征是，机电磁制动电源为塔机制动系统提供AC220V电磁制动输入电源。

6.如权利要求1所述的塔机变频控制系统，其特征是，所述机电磁制动电源、塔机升降变频控制系统、塔机回转变频控制系统、塔机变幅变频控制系统与AC380V电源连接。

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