CN104803291A - 一种智能化起重机控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能化起重机控制系统,含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制。该系统基于现代机电一体化智能控制技术,融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体,实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化,具有可靠性高、安全性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到起重机控制系统,特别是一种智能化起重机控制系统。
背景技术
我国改革开放以来,国民经济得到快速的增长,“科技创新,自主创新”已成为目前国内工业发展的主流。自有人类文明以来,物料搬运便成了人类活动的重要组成部分,距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大,自动化程度的提高,作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用愈来愈大,对起重机的要求也越来越高。目前起重机的控制方式主要是继电器逻辑控制和PLC控制这两种方式。继电器控制方式的特点是成本低,控制回路复杂、故障率高、维修频繁。应用这种控制方式的起重机后期维修任务繁重,影响正常生产。PLC采用计算机控制模式控制效果好,灵敏度高,故障率低,用于中大型起重机械的控制系统,符合市场的需求。起重机每天需进行大量的装卸操作,桥式起重机切换十分频繁,在电流比较大的状态下,容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣,转子回路串接的电阻因灰尘、设备震动等原因经常烧坏、断裂,出现啃轨现象,启动重物时,由于绳子长容易发生摇摆,使得操作不能正常平稳的进行,还有可能出现溜钩等意外事故。有时超载负荷大,启动时电流对电网冲击大,而且都是惯性负载,机械设备使用寿命缩短,操作人员的安全系数不高,设备运行可靠性低,副钩、大车、小车凸轮控制器之间没有固定的联系,在起重机工作时操作人员劳动强度比较大,容易疲劳,易产生误操作;定位控制系统定位精度不高,效率较低,运行过程不平稳,安全性低,制约了生产效率。为了解决上述问题,科研单位与企业的技术人员在不断地探索、研究,希望研制出一种更为先进的起重机控制系统,虽然取得了一定的进展,但在实际运用中仍然存在着尚未克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上不足,提供一种智能化起重机控制系统。该系统基于现代机电一体化智能控制技术,融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体,实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化,具有可靠性高、安全性高的特点。该系统采用PLC控制,在PLC上加装远程控制模块,利用全闭环智能纠偏控制技术和动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术,基于网络技术的系统状态数据库管理,实现“变绳长”条件下的重物防摆与系统的定位控制,确保大车、小车的高效平稳运行,有效防止起重机的啃轨,实现了起重机的状态检测监控、远程故障诊断、维护检修指导等跟踪服务;在驾驶室操作台上设有指纹锁,能自动识别操作人员的指纹,防止别人操作造成失误;系统还增加了应急控制机制防溜钩控制模块,有效防止溜钩等意外事故的发生,对运行状态以及从元件、部件、模块、系统到负载、运行速度、操作流程、操作人员身份等进行全方位的智能识别监控,实现起重机自动化、智能化的控制,生产效率高,安全性能好,满足了生产需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制,PLC主机控制的一端与HMI系统监视电气线路相连接,PLC主机控制的另一端分别与开关量输入的一端、模拟量输出、数据采集PLC、远程开关量输入的一端、变频器控制相连接,模拟量输出设有编码器检测模块和模拟量模块,数据采集PLC设有从站PLC,开关量输入设有启动急停模块,驾驶室操作台设有指纹识别装置;开关量输入的另一端与无线遥控器连接;远程开关量输入的另一端与驾驶室操作台相连接,组成了一种智能化起重机控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术原理是:该起重机控制系统主要通过PLC主机控制行车的运行。HMI监视系统采用A65系列触摸屏,采集主机PLC的数据显示,达到监控作用。在PLC上加装远程控制模块来实现远程诊断、检测、监控等功能。系统主要由大车小车起升三部分电机组成,每部分电机都含有编码器反馈。通过编码器反馈,超载限制器的重量反馈,当行车起升物体时,编码器实时反馈出主钩的位置,根据行车吊起重物的高度,以及大车行走的速度,通过数据运算,给出合理的启动加速时间,让重物能够平稳的启动,达到防摇的效果。当主钩在位置较低时,大车启动速度缓慢同时主钩向上抬升重物,当大车电机达到合理高度,大车可以最快速度运行,当快要达到重物所需位置时,系统会提示一个合理的减速以达到提前减速,达到更好的防摇效果。
PLC主机通过模拟量输出控制大车左右电机的同步运行,当编码器检测模块检测到有一侧电机有落后变差,模拟量模块通过增加电压,让变频器频率升高,增加落后一侧电机的运行速度,以达到两侧运行同步。PLC通过检测安装在两侧走轮上的增量型编码器,实现大车的同步运行;基于动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术,确保大车、小车的高效平稳运行。从站PLC时刻读取电机运行的电流、电压以及电机的速度,传送给数据采集PLC,数据采集PLC再将得到的数据传送给PLC主机,PLC主机根据接收到的数据进行运算反馈。无线遥控器与开关量输入的另一端连接,无线遥控器通过无线高频电波连接,PLC主机通过采集无线遥控器的开关量输入,读取启动急停模块的信号,根据无线遥控器按钮控制小车向前向后、打车向左向右、主钩上下的运行。大车轨道上特定位置要安装磁铁,以便起重机修正编码器的误差。当运行偏差达到起重机跨度的1/1000时,开始自动纠偏;当运行偏差达到起重机跨度的2/1000时,发出警告;当偏差大于起重机跨度的3/1000时,大车自动停车。并在驾驶室发出报警信号,操作者通过手动操作单边行走机构进行手动纠偏,消除偏差后恢复大车运行。
驾驶室操作主要由摇杆控制小车上下左右运行以及起升。远程开关量输入采集行车驾驶室的控制信号,以及系统的报警信号。系统通过485总线链接PLC主机,将采集的信号传送给主机进而做出判断。驾驶室操作台里设有指纹识别锁,能自动识别操作人员的指纹,用来防止起重机被别人使用造成失误,确保起重机的安全性。行车吊钩在吊物升降时,偶尔发生溜钩事故(事件),该系统增加了防溜钩控制模块,对全过程进行防溜钩控制,所有机构的刹车通过变频器的信号来控制。电机启动时,变频器先保证电机有足够的保持力矩,然后才控制刹车打开,防止溜钩。当电机停车时,变频器先通过改变电机磁场来把电机降到较低的速度,然后再控制刹车关闭,来实现平稳的停车。PLC系统不断检测所有变频器,以及各个机构的限位开关等信息并记录,如果出来故障或者错误的话会发出报警,PLC系统还将记录所有机构的运行次数、运行时间等数据,进行应急控制,与此同时选用可靠性高、技术性能好的设备用于对相关驱动设备,尤其是对制动器,进行供电及控制,对起重机重要关键设备进行全过程监控,一旦某设备的累积工作时间达到易发故障区间时,电控系统会自动提醒维护人员及时更换,将溜钩事故的发生几率降到最低,保证操作人员的人身及设备的安全以及工作效率。
本发明的有益效果:该系统基于现代机电一体化智能控制技术,融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体,实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化,具有可靠性高、安全性高的特点。该系统采用PLC控制,在PLC上加装远程控制模块,利用全闭环智能纠偏控制技术和动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术,基于网络技术的系统状态数据库管理,实现“变绳长”条件下的重物防摆与系统的定位控制,确保大车、小车的高效平稳运行,有效防止起重机的啃轨,实现了起重机的状态检测监控、远程故障诊断、维护检修指导等跟踪服务;在驾驶室操作台上设有指纹锁,能自动识别操作人员的指纹,防止别人操作造成失误;系统还增加了应急控制机制防溜钩控制模块,有效防止溜钩等意外事故的发生,对运行状态以及从元件、部件、模块、系统到负载、运行速度、操作流程、操作人员身份等进行全方位的智能识别监控,实现起重机自动化、智能化的控制,生产效率高,安全性能好,满足了生产需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述;
图1中是一种智能化起重机控制系统结构示意图;
图2中是一种智能化起重机控制系统操作示意图;
在图1、2中:1、PLC主机控制、2、HMI系统监视、3、无线遥控器、4、开关量输入、5、模拟量输出、6、数据采集PLC、7、驾驶室操作台、8、远程开关量输入、9、变频器控制。
具体实施方式
在图1、2中:PLC主机控制1的一端与HMI系统监视2电气线路相连接,PLC主机控制1的另一端分别与开关量输入4的一端、模拟量输出5、数据采集PLC6、远程开关量输入8的一端、变频器控制9相连接,模拟量输出5设有编码器检测模块和模拟量模块,数据采集PLC6设有从站PLC,开关量输入4设有启动急停模块,驾驶室操作台7设有指纹识别装置;开关量输入4的另一端与无线遥控器连接;远程开关量输入8的另一端与驾驶室操作台7相连接,组成了一种智能化起重机控制系统。
该起重机控制系统主要通过PLC主机控制1行车的运行。HMI监视2系统采用A65系列触摸屏,采集主机PLC的数据显示,达到监控作用。在PLC上加装远程控制模块来实现远程诊断、检测、监控等功能。系统主要由大车小车起升三部分电机组成,每部分电机都含有编码器反馈。通过编码器反馈,超载限制器的重量反馈,当行车起升物体时,编码器实时反馈出主钩的位置,根据行车吊起重物的高度,以及大车行走的速度,通过数据运算,给出合理的启动加速时间,让重物能够平稳的启动,达到防摇的效果。当主钩在位置较低时,大车启动速度缓慢同时主钩向上抬升重物,当大车电机达到合理高度,大车可以最快速度运行,当快要达到重物所需位置时,系统会提示一个合理的减速以达到提前减速,达到更好的防摇效果。
PLC主机1通过模拟量输出5控制大车左右电机的同步运行,当编码器检测模块检测到有一侧电机有落后变差,模拟量模块通过增加电压,让变频器频率升高,增加落后一侧电机的运行速度,以达到两侧运行同步。PLC通过检测安装在两侧走轮上的增量型编码器,实现大车的同步运行;基于动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术,确保大车、小车的高效平稳运行。从站PLC时刻读取电机运行的电流、电压以及电机的速度,传送给数据采集PLC6,数据采集PLC6再将得到的数据传送给PLC主机1,PLC主机1根据接收到的数据进行运算反馈。无线遥控器与开关量输入4的另一端连接,无线遥控器通过无线高频电波连接,PLC主机1通过采集无线遥控器的开关量输入,读取启动急停模块的信号,根据无线遥控器按钮控制小车向前向后、打车向左向右、主钩上下的运行。大车轨道上特定位置要安装磁铁,以便起重机修正编码器的误差。当运行偏差达到起重机跨度的1/1000时,开始自动纠偏;当运行偏差达到起重机跨度的2/1000时,发出警告;当偏差大于起重机跨度的3/1000时,大车自动停车。并在驾驶室发出报警信号,操作者通过手动操作单边行走机构进行手动纠偏,消除偏差后恢复大车运行。
驾驶室操作主要由摇杆控制小车上下左右运行以及起升。远程开关量输入8采集行车驾驶室的控制信号,以及系统的报警信号。系统通过485总线链接PLC主机,将采集的信号传送给主机进而做出判断。驾驶室操作台7里设有指纹识别锁,能自动识别操作人员的指纹,用来防止起重机被别人使用造成失误,确保起重机的安全性。行车吊钩在吊物升降时,偶尔发生溜钩事故(事件),该系统增加了防溜钩控制模块,对全过程进行防溜钩控制,所有机构的刹车通过变频器的信号来控制。电机启动时,变频器先保证电机有足够的保持力矩,然后才控制刹车打开,防止溜钩。当电机停车时,变频器先通过改变电机磁场来把电机降到较低的速度,然后再控制刹车关闭,来实现平稳的停车。PLC系统不断检测所有变频器,以及各个机构的限位开关等信息并记录,如果出来故障或者错误的话会发出报警,PLC系统还将记录所有机构的运行次数、运行时间等数据,进行应急控制,与此同时选用可靠性高、技术性能好的设备用于对相关驱动设备,尤其是对制动器,进行供电及控制,对起重机重要关键设备进行全过程监控,一旦某设备的累积工作时间达到易发故障区间时,电控系统会自动提醒维护人员及时更换,将溜钩事故的发生几率降到最低,保证操作人员的人身及设备的安全以及工作效率。
Claims (1)
1.一种智能化起重机控制系统,含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制,其特征是:PLC主机控制的一端与HMI系统监视电气线路相连接,PLC主机控制的另一端分别与开关量输入的一端、模拟量输出、数据采集PLC、远程开关量输入的一端、变频器控制相连接,模拟量输出设有编码器检测模块和模拟量模块,数据采集PLC设有从站PLC,开关量输入设有启动急停模块,驾驶室操作台设有指纹识别装置;开关量输入的另一端与无线遥控器连接;远程开关量输入的另一端与驾驶室操作台相连接,组成了一种智能化起重机控制系统。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |