CN104153413A - 一种用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，包括可编程控制器、多传动逆变装置、起升机构称重装置、抓斗开度检测装置、输出切换装置、联动台、显示设备和驱动电机。联动台、起升机构称重装置和抓斗开度检测装置直接与可编程控制器相连，多传动逆变装置通过总线与可编程控制器相连接收可编程控制器的指令。输出切换装置和多传动逆变装置直接相连，输出切换装置直接通过内部变频器外接驱动电机。显示设备和可编程控制器通过总线进行通讯。起升机构称重装置中载荷传感器有两路相同的信号，一路进可编程控制器，一路进载荷限制器；抓斗开度检测装置中的开度仪与可编程控制器直接通信。可以充分利用起重机专用变频电机的过载能力。减少切换次数，提高了工作效率，延长了变频设备使用寿命。

Description

一种用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统
技术领域
本发明涉及一种机械设备的起升机构的控制系统，特别是涉及一种抓斗挖泥船的起升机构的控制装置。
背景技术
抓斗挖泥船是目前国际上进行航道疏浚、水底施工挖掘的专用机械设备。目前国内外使用的抓斗挖泥船多采用液力变矩器启动。而变频技术由于调速范围宽、调速平稳、具有很高的定位精度、能够长期低速运行等优点，在起重机行业得到普遍的推广应用。抓斗挖泥船其挖泥机部分工作原理和起重机基本相同，但是由于挖掘的泥土部分位于水下，无法通过操作人员观察控制挖掘量，因此和普通起重机相比，应该具有更强的短时过载能力。而由于液力变矩器的过载能力强，所以国际上多数挖泥机均采用液力变矩器进行起升机构的驱动。
目前采用变频驱动的挖泥机为满足起升机构短时过载能力的需求，需要通过增大变频器容量的方法，提高短时过载能力。目前变频驱动设备由于其工作原理决定，过载能力通常为1.6-2倍的额定转矩，工作时间小于10秒，而且不能频繁过载。即使这样短时的过载能力，实际工作中往往不敢充分使用，因为一旦超出可能会造成变频器的严重损坏。而挖泥机需要的过载能力通常都大于3倍的额定转矩。为满足过载转矩要求和留有充分的安全余量，变频器在选择时必须放大功率档次。由此必然造成造价提高，效率下降等问题。受制于变频器容量的限制，挖泥机的挖掘量也不能太大。
发明内容
本发明的是提供一种用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，能够充分利用变频电机的过载能力，同时降低逆变装置的选型容量，提高设备的工作效率，降低设备造价。
本发明实现上述目的的技术方案是：
包括可编程控制器、多传动逆变装置、起升机构称重装置、抓斗开度检测装置、输出切换装置、联动台、显示设备和驱动电机。联动台、起升机构称重装置和抓斗开度检测装置直接与可编程控制器相连，多传动逆变装置通过总线与可编程控制器相连接收可编程控制器的指令。输出切换装置和多传动逆变装置直接相连，输出切换装置直接通过内部变频器外接驱动电机。显示设备和可编程控制器通过总线进行通讯。起升机构称重装置中载荷传感器有两路相同的信号，一路进可编程控制器，一路进载荷限制器；抓斗开度检测装置中的开度仪与可编程控制器直接通信，将接收到的可编程控制器数据显示出来。
按上述方案，所述可编程控制器包括处理器、电源模块、模块数字量模块和模拟量模块。处理器、电源模块、数字量模块和模拟量模块通过扩展总线相连。主要是采集现场的传感器数据、接收指令和相应的发出控制命令。
按上述方案，所述多传动逆变装置包括两台第一逆变器、第二逆变器，根据现场称重装置的实时重量，由可编程控制器判断并发出指令控制两台逆变器的工作。
按上述方案，所述起升机构称重装置包括载荷限制器和载荷传感器。称重传感器实时测量抓斗工作过程的抓斗重量，为可编程控制器发出指令提供判断依据。
按上述方案，所述抓斗开度检测装置包括一个开度仪，主要是将抓斗的开闭用0~100%显示其开闭程度。
按上述方案，所述输出切换装置包括切换器和多传动变频装置（主要包括两台变频器），其功能是实现多传动变频装置的两台变频器的并联运行和独立运行的相互切换。
按上述方案，所述可编程控制器、多传动逆变装置和输出切换装置安装在司机室的电气柜中，联动台、显示设备、起升机构称重装置中的载荷限制器和抓斗开度检测装置中的开度仪安装在司机室，起升机构称重装置中的载荷传感器安装在起重机定滑轮轴下。
本发明采用可编程控制器作为控制核心，采用多传动变频驱动设备，驱动抓斗挖泥机的启闭绳和支撑绳的两台电机，通过输出切换装置的切换开关控制多传动逆变装置的两台逆变器的输出方式，可以实现单台逆变器驱动单台电机和双台逆变器共同驱动启闭绳电机，可以实现两台电机工作方式的转换。可编程控制器和多传动逆变装置之间采用现场总线方式进行连接，当变频器输出方式改变以后，可编程控制器通过现场总线对逆变器的工作参数进行切换，使逆变器工作模式和实际输出状态一致，保证系统的可靠运行。
多传动变频器装置并联工作方式可以提高输出能力，而抓斗挖泥机在闭斗时只是启闭绳电机单机工作，因此在闭斗时将支撑绳和启闭绳两台电机使用的逆变器通过切换装置并联，通过可编程控制器控制第一逆变器、第二逆变器工作于并联模式，共同驱动启闭绳电机，可以充分利用起重机专用变频电机的过载能力，完成闭斗操作。在正常起升和水下整平等工作时，采用单台变频器驱动单台电机的模式，可以提高工作效率。
通过称重装置对起升量进行判别，由可编程控制器控制切换装置是否需要并联运行，减少变频器过载保护的状态发生，有利于变频器的安全运行。
本发明的优点是：通过可编程控制器控制第一逆变器、第二逆变器工作于并联模式，共同驱动启闭绳电机，可以充分利用起重机专用变频电机的过载能力。同时，通过称重装置的引入，使起升控制尽量工作在单独逆变装置驱动单台电机模式，减少切换次数，提高了工作效率。由于能够根据称重提前切换，尽量避免逆变装置由于过载进入保护，保护了变频设备。
附图说明
图1 为本发明的系统结构框图。
图2为本发明的可编程控制器PLC结构示意图。
图3为本发明的切换装置结构示意图。
具体实施方式：
    如图１、图２、图３ 所示，包括可编程控制器PLC、多传动逆变装置、起升机构称重装置W、抓斗开度检测装置B、输出切换装置C、联动台LD、显示设备Screen和第一驱动电机M1、第二驱动电机M2。联动台LD、起升机构称重装置W和抓斗开度检测装置直接与可编程控制器PLC相连，多传动逆变装置的第一逆变器I1、第二逆变器I2通过总线与可编程控制器PLC相连，接收可编程控制器PLC的指令。输出切换装置C和多传动逆变装置的第一逆变器I1、第二逆变器I2直接相连，输出切换装置C直接通过内部变频器外接两台驱动电机即第一驱动电机M1、第二驱动电机M2；显示设备Screen和可编程控制器PLC通过总线进行通讯。其中，可编程控制器PLC中，处理器CPU、电源模块PS307、数字量模块DI/DO和模拟量模块AI/AO通过扩展总线相连；起升机构称重装置W中载荷传感器有两路相同的信号，一路进可编程控制器PLC，一路进载荷限制器；抓斗开度检测装置B中的开度仪与可编程控制器PLC直接通信，将接收到的可编程控制器PLC数据显示出来
可编程控制器PLC、多传动逆变装置I和输出切换装置C安装在司机室的电气柜中，联动台LD、显示设备Screen、起升机构称重装置W中的载荷限制器和抓斗开度检测装置B中的开度仪安装在司机室，起升机构称重装置W中的载荷传感器安装在起重机定滑轮轴下。
本发明的工作过程是：
当控制系统启动后，起重机操作人员按照通常的操作方式，正常使用抓斗挖泥船进行挖泥作业。当由于水下淤泥过多或者挖到大型石块等物体时，由于起升量过大，由起升机构称重装置W检测到闭斗力矩过大时，显示设备Screen见报警提示，同时将设备停止运行，通过输出切换装置C里的切换开关，将多传动逆变装置的第一逆变器I1、第二逆变器I2切换成并联运行方式。同时提示操作人员重新进行闭斗操作。闭斗完毕后，根据抓斗开度检测装置B和起升机构称重装置W的检测结果，判别闭斗成功，停止设备运行，再重新切换为正常工作模式。提示操作人员正常起升操作。

Claims (7)

1.一种用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：包括可编程控制器（PLC）、第一多传动逆变装置（I1）、第二多传动逆变装置（I2）、起升机构称重装置（W）、抓斗开度检测装置（B）、输出切换装置（C）、联动台（LD）、显示设备（Screen）和驱动电机；联动台（LD）、起升机构称重装置（W）和抓斗开度检测装置直接与可编程控制器（PLC）相连，多传动逆变装置（I）通过总线与可编程控制器（PLC）相连，接收可编程控制器（PLC）的指令；输出切换装置（C）和多传动逆变装置直接相连，输出切换装置（C）直接通过内部变频器外接第一驱动电机（M1）、第二驱动电机（M2）；显示设备（Screen）和可编程控制器（PLC）通过总线进行通讯；起升机构称重装置（W）中载荷传感器有两路相同的信号，一路进可编程控制器（PLC），一路进载荷限制器；抓斗开度检测装置（B）中的开度仪与可编程控制器（PLC）直接通信，将接收到的可编程控制器（PLC）数据显示出来。
2.根据权利要求1所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述可编程控制器（PLC）包括处理器（CPU）、电源模块（PS307）、模块数字量模块（DI/DO）和模拟量模块（AI/AO）；处理器（CPU）、电源模块（PS307）、数字量模块（DI/DO）和模拟量模块（AI/AO）通过扩展总线相连，主要是采集现场的传感器数据、接收指令和相应的发出控制命令。
3.根据权利要求1或2所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述多传动逆变装置包括第一逆变器（I1）、第二逆变器（I2），根据现场称重装置的实时重量，由可编程控制器（PLC）判断并发出指令控制两台逆变器的工作。
4.根据权利要求3所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述起升机构称重装置（W）包括载荷限制器和载荷传感器；称重传感器实时测量抓斗工作过程的抓斗重量，为可编程控制器（PLC）发出指令提供判断依据。
5.根据权利要求4所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述抓斗开度检测装置（B）包括一个开度仪，主要是将抓斗的开闭用0~100%显示其开闭程度。
6.根据权利要求5所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述输出切换装置（C）包括切换器（CI）和多传动变频装置（P）（主要包括两台变频器），其功能是实现变频逆变单元的并联运行和独立运行的相互切换。
7.根据权利要求6所述的用于抓斗挖泥船的起升机构的控制系统，其特征在于：所述可编程控制器（PLC）、多传动逆变装置和输出切换装置（C）安装在司机室的电气柜中，联动台（LD）、显示设备（Screen）、起升机构称重装置（W）中的载荷限制器和抓斗开度检测装置（B）中的开度仪安装在司机室，起升机构称重装置（W）中的载荷传感器安装在起重机定滑轮轴下。
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