CN104965480B - 一种柔性钢索大门电控系统及方法 - Google Patents

一种柔性钢索大门电控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔性钢索大门电控系统及方法，该系统包括：PLC控制器、变频器、编码器、检测单元；检测单元的输出端、编码器的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接卷扬机的起重电机的输入端。该方法包括：当柔性钢索大门进行开门或关门操作时，实时获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号，编码器实时反馈行程数据给PLC控制器；PLC控制器根据获取的信号生成变频器驱动信号；变频器根据变频器驱动信号驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作，完成柔性钢索大门电控过程。本发明实现了大门同步控制，解决了柔性大门扭曲问题；实现了运行数据的实时监控显示及故障历史数据的查询。

Description

一种柔性钢索大门电控系统及方法
技术领域
本发明涉及柔性钢索大门技术领域，具体是一种柔性钢索大门电控系统及方法。
背景技术
柔性钢索大门的结构是以一定数量钢索为骨架，高强度PVC门布固定在钢索上，钢索两端由卷扬机钢丝绳牵引的一种特种大门。大都应用在出海口厂房或飞艇库厂房，此类大门门体尺寸非常大，日常使用或维修时监控大门的运行特性就非常必要，这就需要对一些传感器数据进行采集、显示和存储，以便进行监控、查询及报警控制。
现阶段，柔性钢索大门的电气控制还仅限于大门开、关控制及故障保护显示，无法监控查询大门的运行信息，也无法统计故障历史信息。
发明内容
本发明提供一种柔性钢索大门电控系统及方法。
本发明的技术方案是：
一种柔性钢索大门电控系统，所述柔性钢索大门以若干钢索为骨架，高强度PVC门布固定在钢索上，柔性钢索大门两侧的钢索由卷扬机的牵引钢丝绳牵引；该系统包括：
PLC控制器：获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号输出变频器驱动信号；
变频器：根据变频器驱动信号工作并驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作；
编码器：安装在柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机输出轴上，反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；
检测单元：检测柔性钢索大门两端的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力、每根钢索张力、柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向；
所述检测单元的输出端、编码器的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接卷扬机的起重电机的输入端。
所述PLC控制器连接有人机界面触摸屏，用于设定钢丝绳牵引力阈值、钢索张力阈值、风速阈值、柔性钢索大门限位位置，实时显示检测到的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力、每根钢索张力、柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速风向、柔性钢索大门操作信号、故障信号，查询柔性钢索大门的历史检测信号数据、历史故障信号数据、历史操作信号数据。
所述柔性钢索大门的上轨道两侧的开门到位和关门到位的位置、下轨道两侧的开门到位和关门到位的位置分别安装限位开关，各限位开关的输出端连接PLC控制器的输入端。
所述卷扬机有四个，四个卷扬机的牵引钢丝绳分别牵引柔性钢索大门两侧的钢索上端和下端。
所述检测单元包括：
牵引力传感器：安装在各卷扬机的牵引轮处，检测柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力；
钢索张力传感器：安装在每根钢索端部，检测柔性钢索大门每根钢索的张力；
风向风速传感器：分别安装在柔性钢索大门顶部、柔性钢索大门底部，分别检测柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向；
牵引力传感器的输出端、钢索张力传感器的输出端、风向风速传感器的输出端分别连接PLC控制器的输入端。
一种采用所述的柔性钢索大门电控系统的柔性钢索大门电控方法，包括以下步骤：
步骤1、上电并启动柔性钢索大门电控系统；
步骤2、当柔性钢索大门进行开门或关门操作时，实时获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号，编码器实时反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；
步骤3、PLC控制器根据获取的信号生成变频器驱动信号；
步骤3-1、判断柔性钢索大门是否继续当前操作：若柔性钢索大门钢索的张力超出设定的阈值，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；若柔性钢索大门顶部的风速或柔性钢索大门底部的风速是否超出设定的阈值，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；
步骤3-2、判断变频器启动是否故障：是，则变频器停机报警，否则柔性钢索大门继续当前操作；
步骤3-3、若编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据中，柔性钢索大门的左上左下、右上右下、左上右上、左下右下的行程速度在设定的速度范围内，则柔性钢索大门运行同步，执行步骤3-4，否则柔性钢索大门易发生扭曲，PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；若牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力超过设定阈值，则执行步骤3-4，否则PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；
步骤3-4、根据编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据判断柔性钢索大门是否到达限位位置：是，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，执行步骤4，否则，返回步骤3-1；
步骤4、变频器根据变频器驱动信号驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作，完成柔性钢索大门电控过程。
步骤2中所述检测单元的检测信号包括：
牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力；
钢索张力传感器实时检测的柔性钢索大门每根钢索的张力；
风向风速传感器实时检测的柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向。
有益效果：
（1）在电机输出轴安装旋转编码器，做为反馈元件与PLC和变频器形成闭环控制系统，实现了大门同步控制，解决了柔性大门扭曲问题；
（2）在钢索底端安装张力传感器，用来检测钢索承受的荷载，当检测值超过设定阈值时，禁止操作大门，保证了大门和建筑的安全；
（3）在大门外10米和80米高安装风向风速传感器，当检测值超过设定阈值时，禁止操作大门，避免建筑内部出现风洞现象，保证大门和建筑的安全；
（4）在卷扬机钢丝绳牵引处安装张力传感器，用来检测钢丝绳的牵引力，当检测值超过设定阈值时，大门停止运行，保证大门的安全；传感器输出都为4-20mA标准电流信号，信号衰减降到最低。
（5）控制系统采用触摸屏，实现了运行数据的实时监控显示及故障历史数据的查询，解决了使用单位和设计单位对于大门运行状态的分析。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的柔性钢索大门电控系统结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的柔性钢索大门电控方法流程图；
图3是本发明具体实施方式的检测单元进行模拟量数据采集过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
柔性钢索大门以若干钢索为骨架，高强度PVC门布固定在钢索上，柔性钢索大门两侧的钢索由卷扬机的牵引钢丝绳牵引。本实施方式中，以专利号ZL201310050563.7的钢索式柔性堆积门为例，包括底梁、若干组抗风梁、顶梁、轨道、钢丝绳、定滑轮、动滑轮、提升机及门帘，所述的底梁、顶梁和抗风梁均包括钢索及轮架，所述钢索的两端分别固定于其两侧的轮架上，在轮架内固定安装有导轮；所述的轮架通过导轮与轨道相配合，钢索一侧的每组轮架之间通过钢丝绳相连接；钢丝绳的一端连接在固定于地面的提升机上，钢丝绳的另一端依次通过固定在屋体顶端的定滑轮、固定在底梁上的动滑轮固接于屋体顶端；所述的门帘安装在顶梁、抗风梁和底梁上。
如图1所示，本实施方式的柔性钢索大门电控系统包括：
PLC控制器：获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号输出变频器驱动信号；选用西门子S7-200PLC，主机CPU为EM 226CN（24点输入，16点输出），模拟量扩展模块为EM 231CN（4点输入）。PLC控制器为核心控制器，接收来自外部的各种操作信号、故障信号及检测报警信号，通过控制变频器的输出来完成大门控制及数据处理。数据处理包括钢丝绳牵引力、钢索张力及风向风速传感器输入数据实时显示及超出阈值报警、运行行程数据实时显示及同步判断控制。
变频器：根据变频器驱动信号工作并驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作；选用西门子高性能矢量控制MM440系列变频器，具有1.5倍过载特性和完善的保护功能。
编码器：安装在柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机输出轴上，反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；选用天津宜科EC增量型EC58A系列，安装在起重电机输出轴，用来反馈大门的行程数据，实现柔性钢索大门的同步控制。
检测单元：检测柔性钢索大门两端的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力、每根钢索张力、柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向；
检测单元的输出端、编码器的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接卷扬机的起重电机的输入端。
PLC控制器连接有人机界面触摸屏，用于设定钢丝绳牵引力阈值、钢索张力阈值、风速阈值、柔性钢索大门限位位置，实时显示检测到的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力、每根钢索张力、柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速风向、柔性钢索大门操作信号、故障信号，查询柔性钢索大门的历史检测信号数据、历史故障信号数据、历史操作信号数据。
柔性钢索大门的上轨道两侧的开门到位和关门到位的位置、下轨道两侧的开门到位和关门到位的位置分别安装限位开关，各限位开关的输出端连接PLC控制器的输入端。
卷扬机有四个，四个卷扬机的牵引钢丝绳分别牵引柔性钢索大门两侧的钢索上端和下端。
检测单元包括：
牵引力传感器：安装在各卷扬机的牵引轮处，检测柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力；选用宁波柯力传感器公司产品，型号为XZNZB-150，4-20mA电流信号输出，安装在两侧牵引轮处。当检测到牵引力大于100KN时，PLC控制器停机报警；
钢索张力传感器：安装在每根钢索端部，检测柔性钢索大门每根钢索的张力；选用宁波柯力传感器公司产品，型号为BHS-300，4-20mA电流信号输出，安装在每根钢索端部。当检测到钢索张力大于190KN时，PLC控制器报警并禁止操作大门。
风向风速传感器：分别安装在柔性钢索大门顶部（距大门底部80米高度处）、柔性钢索大门底部（距大门底部10米高度处），分别检测柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向；选用北京飞超控制仪器公司生产的FC-5SX型号产品，能够自动检测风速风向风速测量范围为0-30 M/S，风向测量范围为16个方向，4-20mA电流信号输出。安装在10米和80米高度。当检测到风速大于8M/S时，系统报警并禁止操作大门。
牵引力传感器的输出端、钢索张力传感器的输出端、风向风速传感器的输出端分别连接PLC控制器的输入端。
采用所述的柔性钢索大门电控系统的柔性钢索大门电控方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1、上电并启动柔性钢索大门电控系统；
步骤2、当柔性钢索大门进行开门或关门操作时，实时获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号，编码器实时反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；
操作信号包括：控制柜开、关门按钮信号、急停信号、人机界面触摸屏开、关门信号；
故障信号包括：电源相序缺相故障、变频驱动故障、限位开关故障、编码器故障；
检测单元的检测信号包括：
牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力；
钢索张力传感器实时检测的柔性钢索大门每根钢索的张力；
风向风速传感器实时检测的柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向。
如图3所示，检测单元进行模拟量数据采集过程如下：
（1）采样数据寄存器VD100清零，采样计数器清零；
（2）模拟量采样数据存入寄存器VD100；
（3）采样计数器加1；
（4）采样数据累加并存入寄存器VD104；
（5）判断当前采样计数器是否达到设定值：是，则计算采样平均值并存入寄存器VD108；否则延时继续采样数据，返回步骤（2）；
（6）返回步骤（1）。
步骤3、PLC控制器根据获取的信号生成变频器驱动信号；
步骤3-1、判断柔性钢索大门是否继续当前操作：若柔性钢索大门钢索的张力超出设定的阈值190KN，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；若柔性钢索大门顶部的风速或柔性钢索大门底部的风速是否超出设定的阈值8m/s，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；
步骤3-2、判断变频器启动是否故障：是，则变频器停机报警，否则柔性钢索大门继续当前操作；
断路器是变频器的电源保护开关，安装在电气控制柜内；当变频器需要停机时，通过PLC控制器控制断路器断开；
步骤3-3、若编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据中，柔性钢索大门的左上左下、右上右下、左上右上、左下右下的行程速度在设定的速度范围内，则柔性钢索大门运行同步，执行步骤3-4，否则柔性钢索大门易发生扭曲，PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；若牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力超过设定阈值100KN，则执行步骤3-4，否则PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；
步骤3-4、根据编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据判断柔性钢索大门是否到达限位位置：是，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，执行步骤4，否则，返回步骤3-1；
步骤4、变频器根据变频器驱动信号驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作，完成柔性钢索大门电控过程。

Claims (2)

1.一种柔性钢索大门电控方法，采用一种柔性钢索大门电控系统，所述柔性钢索大门以若干钢索为骨架，高强度PVC门布固定在钢索上，柔性钢索大门两侧的钢索由卷扬机的牵引钢丝绳牵引；该系统包括：
PLC控制器：获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号输出变频器驱动信号；
变频器：根据变频器驱动信号工作并驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作；
编码器：安装在柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机输出轴上，反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；
检测单元：检测柔性钢索大门两端的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力、每根钢索张力、柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向；
所述检测单元的输出端、编码器的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接卷扬机的起重电机的输入端；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、上电并启动柔性钢索大门电控系统；
步骤2、当柔性钢索大门进行开门或关门操作时，实时获取柔性钢索大门操作信号、故障信号及检测单元的检测信号，编码器实时反馈柔性钢索大门的行程数据给PLC控制器；
步骤3、PLC控制器根据获取的信号生成变频器驱动信号；
步骤3-1、判断柔性钢索大门是否继续当前操作：若柔性钢索大门钢索的张力超出设定的阈值，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；若柔性钢索大门顶部的风速或柔性钢索大门底部的风速是否超出设定的阈值，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，PLC控制器发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；否则，柔性钢索大门继续当前操作，执行步骤3-2；
步骤3-2、判断变频器启动是否故障：是，则变频器停机报警，否则柔性钢索大门继续当前操作；
步骤3-3、若编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据中，柔性钢索大门的左上左下、右上右下、左上右上、左下右下的行程速度在设定的速度范围内，则柔性钢索大门运行同步，执行步骤3-4，否则柔性钢索大门易发生扭曲，PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；若牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力超过设定阈值，则执行步骤3-4，否则PLC控制器生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，发出报警信号并通过人机界面触摸屏显示；
步骤3-4、根据编码器反馈的柔性钢索大门的行程数据判断柔性钢索大门是否到达限位位置：是，则生成控制柔性钢索大门停止操作的变频器驱动信号，执行步骤4，否则，返回步骤3-1；
步骤4、变频器根据变频器驱动信号驱动柔性钢索大门两侧的卷扬机的起重电机工作，完成柔性钢索大门电控过程。
2.根据权利要求1所述的柔性钢索大门电控方法，其特征在于，步骤2中所述检测单元的检测信号包括：
牵引力传感器实时检测的柔性钢索大门两侧的卷扬机的牵引钢丝绳牵引力；
钢索张力传感器实时检测的柔性钢索大门每根钢索的张力；
风向风速传感器实时检测的柔性钢索大门顶部的风速及风向、柔性钢索大门底部的风速及风向。
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