CN202729682U - 一种控制卷扬提升装置 - Google Patents

Abstract

一种控制卷扬提升装置，属控制领域。包括上料小车走行电机和上位控制计算机/工程师终端，其特征是上料小车走行电机为交流电动机；设置小车行走定位模块、变频调速模块、中央控制器、第一和第二光电交换机、连接中央控制器与第一光电交换机的就地局域网、连接第一与第二光电交换机的同轴光缆和连接第二光电交换机与上位控制计算机/工程师终端的远方局域网；其小车行走定位模块包括与上料小车走行电机输出轴连接的位置检测/变送单元；变频调速模块包括变频器；中央控制器包括PLC及其输入/输出模组；所述位置检测/变送单元、变频器和PLC构成智能主令控制器；所述PLC构成远程I/O从站，并与所述上位控制计算机构成整个过程控制系统。

Description

一种控制卷扬提升装置

技术领域

本实用新型属于控制领域，尤其涉及一种用于卷扬提升装置的控制系统。

背景技术

卷扬上料小车是石灰竖窑的主要设备之一，广泛应用于冶金、有色金属等行业。

该设备在整个石灰竖窑生产系统中起着至关重要的作用，它能否正常运行，直接影响到竖窑炉况、产品产量和质量。

现有卷扬上料小车走行的各位置点由电缆卷盘的主轴通过蜗轮蜗杆带动凸轮开关来检测，各凸轮开关的接点信号通过碳刷和电缆卷盘上的滑环，再通过两根扁平电缆送回地面上的控制盘/控制柜。

其上料小车走行电机采用绕线式电机，靠切换电机转子电阻来实现该电机的起、停、调速控制。所需动力线和信号线都很多，因此使用了两根扁平电缆。其中每根扁平电缆中有动力芯线3根，用于台车行走马达主回路的定、转子接线；控制芯线l5根。

此外，由于该上料小车的走行电机采用机械式凸轮开关调整位置、因凸轮开关固有的机械特性其触点部分故障较多，调整不便且运行精度低，直接影响到上料小车走行位置的检测精度，严重的话甚至会造成小车失控等现象，对竖窑整个上料系统设备造成很大危害。其走行电机用绕线电机，靠切换电机转子电阻来实现电机的起、停、调速控制，会增加小车电机的故障发生率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种控制卷扬提升装置，其采用上位PC机的监控构架，利用工业监控软件实现对整个控制系统的监控，采用“PLC对变频器实现控制，由变频器控制小车拖动电动机在上行和下行过程实现低速启动，高速运行，低速准确停车”的控制模式，整个控制装置工作稳定可靠，操作简便、设备维护量小、功能齐全，且克服了老式主令控制器触点部分故障率高、维护工作量大、工作不稳定等诸多缺点，将现有设备的控制水平大大提高，避免了小车“过顶”、“掉底”等直接影响竖窑正常生产的重大故障，为整套设备的安全、稳定运行提供了可靠的保证。

本实用新型的技术方案是：提供一种控制卷扬提升装置，包括位于现场的上料小车走行电机和位于远方的上位控制计算机/工程师终端，其特征是：所述的上料小车走行电机为交流电动机；设置小车行走定位模块、变频调速模块、中央控制器、第一和第二光电交换机、连接中央控制器与第一光电交换机的就地局域网、连接第一与第二光电交换机的同轴光缆和连接第二光电交换机与上位控制计算机/工程师终端的远方局域网；其所述的小车行走定位模块包括与上料小车走行电机输出轴连接的位置检测/变送单元；所述的变频调速模块包括变频器；所述的中央控制器包括PLC及其输入/输出模组；其中，位置检测/变送单元的信号输出端和变频器的控制信号输入端，与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应连接，变频器的电源输入端与交流电源端对应连接，变频器的电源输出端与上料小车走行电机的电源输入端对应连接，PLC的数据通讯端口经过就地局域网、第一光电交换机、光缆、第二光电交换机和远方局域网，与上位控制计算机/工程师终端的数据通讯端口对应连接；所述的位置检测/变送单元、变频器和PLC构成智能主令控制器；所述的PLC构成远程I/O从站，并与所述的上位控制计算机/工程师终端构成整个过程控制系统。

其中，所述的位置检测/变送单元包括齿轮机械变速传动机构和旋转编码器；所述齿轮机械变速传动机构的输入轴与上料小车走行电机的输出轴刚性连接，所述齿轮机械变速传动机构的输出轴与旋转编码器的转轴刚性连接，所述旋转编码器的信号输出端与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应电连接。

在所述上料小车的允许走行范围内，分别设置有“原点”位置点、上加速检测点、上减速检测点、上到位检测点、下加速检测点、下减速检测点和下到位检测点，所述旋转编码器的输出编码数，与上料小车的当前走行位置距“原点”位置的距离相对应；当小车上升时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续增加，当小车下降时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续减少；所述上加速、上减速、上到位、下加速、下减速和下到位检测点的位置，与旋转编码器不同的“当前位”输出编码数分别一一相对应。

其所述的就地局域网和远方局域网，为基于TCP/IP协议的100MB以太网；所述的第一光电交换机、光缆和第二光电交换机，构成采用同轴光缆的远程I/O网；第一光电交换机和第二光电交换机为带有RIO接口的，通讯速度为1.544M波特率，通讯协议为S908的主/从站接口通讯处理器。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.稳定可靠，操作简便、设备维护量小、功能齐全；

2.不仅克服了老式主令因凸轮和触点组成，触点部分故障率高等缺点，而且通过上位PC机利用工业监控软件组态王实现对整个控制系统的监控；

3.中央控制器对变频器实现控制，由变频器控制小车拖动电动机上行过程实现低速启动，高速运行，低速安全稳定可靠停车，在很大程度上避免了小车过顶、掉底等直接影响竖窑正常生产的重大故障。

附图说明

图1是本实用新型智能主令控制器和上料小车定位模块结构示意图；

图2是本实用新型上料小车位置分布示意图；

图3为过程控制系统结构示意图；

图4为变频器外部接线图。

图中1为上料小车走行电机，2为旋转编码器，3为变频器，4为PLC的输入/输出模组，5为齿轮机械变速传动机构，6为带有显示器的操作面板，7为PLC，8为第一光电交换机，9为光缆，10为第二光电交换机，11为上位控制计算机，12为工程师终端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1中，本控制卷扬提升装置，包括位于现场的上料小车走行电机1和位于远方的上位控制计算机11/工程师终端12，其上料小车走行电机为交流电动机；设置小车行走定位模块、变频调速模块、中央控制器、第一和第二光电交换机8和10，连接中央控制器与第一光电交换机的就地局域网、连接第一与第二光电交换机的同轴光缆9和连接第二光电交换机与上位控制计算机/工程师终端的远方局域网；其小车行走定位模块包括与上料小车走行电机输出轴连接的位置检测/变送单元；变频调速模块包括变频器3；中央控制器包括PLC7及其输入/输出模组4；其PLC7的输入/输出模组4还与带有显示器的操作面板6连接。

其中，位置检测/变送单元的信号输出端和变频器的控制信号输入端，与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应连接，变频器的电源输入端与交流电源端AC对应连接，变频器的电源输出端与上料小车走行电机的电源输入端对应连接。

所述的位置检测/变送单元、变频器和PLC构成智能主令控制器。

位置检测/变送单元包括齿轮机械变速传动机构5和旋转编码器2；齿轮机械变速传动机构的输入轴与上料小车走行电机1的输出轴刚性连接，齿轮机械变速传动机构的输出轴与旋转编码器的转轴刚性连接，旋转编码器的信号输出端与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应电连接。

来自小车定位信号送至中央控制器PLC数字量输入模块140DAI 75300，能够满足工艺的需求。输入点用来监控小车的运行状态和系统的运行情况，输出点用来控制变频器从而对小车实现控制。PLC单元配有通讯口，实施和上位机以及变频器的通讯。

图2中，在上料小车的允许走行范围内，分别设置有“原点”位置点、上加速检测点、上减速检测点、上到位检测点、下加速检测点、下减速检测点和下到位检测点，所述旋转编码器的输出编码数，与上料小车的当前走行位置距“原点”位置的距离相对应。

当小车上升时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续增加，当小车下降时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续减少。

所述上加速、上减速、上到位、下加速、下减速和下到位检测点的位置，与旋转编码器不同的“当前位”输出编码数分别一一相对应。

换句话说，当小车在上下运行时，同步带动编码器旋转，反应到PLC的是一系列的编码，小车在上下运行整个行程中任一位置都在PLC中有一个相对于“原点”的编码，这些编码都反应了小车的当前位置与“原点”的关系（码数），也就是用数字反映了小车在斜桥上实际位置，通过精度（50mm/码）可以计算出当前位置距原点位置的米数。

整个系统运行遵循设定曲线按慢-快-慢实现小车的上升、下降。起变速点由智能主令控制器控制现采用绝对型旋转编码器组成的智能主令开关控制器控制，系统在控制小车上升、下降过程中需要6个点，即上加速、上减速、上到位、下加速、下减速、下到位，现在采用的方案是智能主令控制器与编码器（PLC）结合对料车进行定位，通过数字面板来调整料车位置，如料车位置发生变化，只需在操作面板上改变料车位置的数值即可完成对料车的定位。小车定位信号送至中央控制器PLC

Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3引自小车定位现分别作为上料小车系统中的常闭下限位、常开上加速、常开下加速、常闭上限位信号送至中央控制器参与上料小车启动，加减速，停止。当小车上升时“当前位”编码连续增加，当“当前位”编码上升大于30以后“上加速”限位Q0.1对应接点接通，送至中央控制器数字量输入模块140DAI75300第一点，上升到大于700以后“上加速”Q0.1断开，送至中央控制器数字量输入模块140DAI75300第二点，上升到大于820时，上限位Q0.3断开，送至中央控制器数字量输入模140DAI75300第三点；小车下降过程中，“当前位”小于800时，“下加速”限位Q0.2接通，送至中央控制器数字量输入模块140DAI75300第四点，“当前位”小于130时，Q0.2断开，送至中央控制器数字量输入模块140DAI75300第五点，下降到小于10时，“下限位”Q0.0断开，送至中央控制器数字量输入模块140DAI75300第六点。

图3中，PLC的数据通讯端口经过就地局域网、第一光电交换机8、光缆9、第二光电交换机10和远方局域网，与上位控制计算机11/工程师终端12的数据通讯端口对应连接.

整个系统控制采用以PLC为核心的计算机控制系统。网络采用工业以太网和设备网，通过网络进行数据通讯；通过人机操作界面（HMI）完成工艺流程动态画面显示、传动系统运行状态显示、工艺参数设定、操作方式的选择。

信号处理方式：

a.现场开关量信号全部经过中间继电器隔离进入PLC模板；

b.PLC继电器输出信号全部经过中间继电器隔离后控制各设备；

c.现场模拟量信号需要经过隔离器后生成的4—20mA信号进入PLC模板。

具体层次结构如下：

第一层：远程I/O从站，使用同轴电缆9的远程I/O网，其通讯速度为1.544M波特率，通过协议为S908的主/从站接口通讯处理器（即第一光电光电交换机8）与PLC相连进行通讯，完成数据的采集及设备控制。

第二层：过程控制系统，主要是将PLC和HMI（人机接面）通过基于TCP/IP协议的100MB工业以太网相连，组成以TCP/IP协议为通讯基础的工业控制以太网，完成数据采集及设备运行状态的监视和控制。满足过程监视、控制及管理自动化的要求。

硬件采用Quantum PLC，CPU采用140CPU53414A，数字量输入模块140DAI75300，数字量输出模块140DAO85300，模拟量输入模块140ACI03000，模拟量输出模块140ACO13000，远程通讯模块采用140CRP93100（Head）和140CRA93100（Drop），通过带有RIO接口的主/从站接口通讯处理器连接RIO从站，完成数据采集及设备控制。所有模块均可插于任何槽位，底板速度高达80M。

编程软件使用WindowsNT2000环境下的Concept软件进行编程。上位机由两台工业控制机，选用美国Intellution公司iFIX作为开发软件。当“当前位”编码上升大于30以后“上加速”限位Q0.1对应接点接通，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出20MA信号，上升到大于700以后“上加速”Q0.1断开，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出12MA信号，上升到大于820时，上限位Q0.3断开，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出4MA信号。同样，小车下降过程中，“当前位”小于800时，“下加速”限位Q0.2接通，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出20MA信号，“当前位”小于130时，Q0.2断开，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出12MA信号，下降到小于10时，“下限位”Q0.0断开，经中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出4MA信号。

图4中，变频控制系统，由中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000送给变频器4—20mA模拟量信号，用以调整交流电机的运转速度，控制载料小车运行。

变频器采用ATV-68C13N6系列变频器，用它来控制小车。电动机选用YTSZ-250M-455kw。交流电源采用工频单相交流380V。为使电动机准确停车，变频器配有外接制动器，采用能耗制动。变频器的速度控制信号来自中央控制器程序处理模拟量输出模块140ACO13000输出4－20MA，从而实现电动机的平稳调速和准确停车。

变频器运行的条件是接通正转命令（图中K1闭合）或接通反转命令（图中K2闭合），此命令由中央控制器根据运行约束条件输出上升、下降点来控制。

上述两个条件具备后，逆变器就输出可变频率的电源，电机随之平滑、无级调速运转，载料小车在上升或下降过程中，运行状态分成三个阶段:低速段、高速段、停止段。其中四个变速点(上升、下降各两个)是通过小车定位系统中智能主令控制器发出信号给中央控制器PLC数字量输入模块140DAI75300，随后经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出相应的模拟量信号4－20MA给变频器，来实现低速—高速低速的变换。

其整个过程是“当前位”编码上升大于30以后“上加速”限位Q0.1对应接点（参见图2所示，下同）接通，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出20MA控制信号，此时变频器AI2端口接到20MA控制信号，变频器输出50HZ电压给电机，电机以最高速度运转；“当前位”上升到大于700以后“上加速”Q0.1断开，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出12MA信号，此时变频器AI2端口接到12MA信号，变频器输出25HZ电压给电机，电机以中等速度运转；“当前位”上升到大于820时，上限位Q0.3断开，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出4MA控制信号，此时变频器AI2端口接到4MA信号，变频器输出0HZ电压给电机，电机停止运转；小车下降过程中，“当前位”小于800时，“下加速”限位Q0.2接通，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出20MA控制信号，此时变频器AI2端口接到20MA信号，变频器输出50HZ电压给电机，电机以最高速度运转；小车继续下降，“当前位”小于130时，Q0.2断开，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出12MA信号，此时变频器AI2端口接到12MA信号，变频器输出25HZ电压给电机，电机以中等速度运转；小车被控制低速运行，下降到小于10时，“下限位”Q0.0断开，经程序处理中央控制器模拟量输出模块140ACO13000输出4MA信号，此时变频器AI2端口接到4MA控制信号，变频器输出0HZ电压给电机，，电机停止运转。

上述附图中的其他标示均为本领域常用标注，其具体含义在此不再详述。

由于本实用新型采用了上位PC机的监控构架，利用工业监控软件实现对整个控制系统的监控，采用“PLC对变频器实现控制，由变频器控制小车拖动电动机在上行和下行过程实现低速启动，高速运行，低速准确停车”的控制模式，整个控制装置工作稳定可靠，操作简便、设备维护量小、功能齐全，且克服了老式主令控制器触点部分故障率高、维护工作量大、工作不稳定等诸多缺点，将现有设备的控制水平大大提高，避免了小车“过顶”、“掉底”等直接影响竖窑正常生产的重大故障，为整套设备的安全、稳定运行提供了可靠的保证。

本实用新型可广泛用于卷扬提升装置的控制领域。

Claims (4)

1.一种控制卷扬提升装置，包括位于现场的上料小车走行电机和位于远方的上位控制计算机/工程师终端，其特征是：

所述的上料小车走行电机为交流电动机；

设置小车行走定位模块、变频调速模块、中央控制器、第一和第二光电交换机、连接中央控制器与第一光电交换机的就地局域网、连接第一与第二光电交换机的同轴光缆和连接第二光电交换机与上位控制计算机/工程师终端的远方局域网；

其所述的小车行走定位模块包括与上料小车走行电机输出轴连接的位置检测/变送单元；所述的变频调速模块包括变频器；所述的中央控制器包括PLC及其输入/输出模组；

其中，位置检测/变送单元的信号输出端和变频器的控制信号输入端，与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应连接，变频器的电源输入端与交流电源端对应连接，变频器的电源输出端与上料小车走行电机的电源输入端对应连接，PLC的数据通讯端口经过就地局域网、第一光电交换机、光缆、第二光电交换机和远方局域网，与上位控制计算机/工程师终端的数据通讯端口对应连接；

所述的位置检测/变送单元、变频器和PLC构成智能主令控制器；所述的PLC构成远程I/O从站，并与所述的上位控制计算机/工程师终端构成整个过程控制系统。

2.按照权利要求1所述的控制卷扬提升装置，其特征是所述的位置检测/变送单元包括齿轮机械变速传动机构和旋转编码器；所述齿轮机械变速传动机构的输入轴与上料小车走行电机的输出轴刚性连接，所述齿轮机械变速传动机构的输出轴与旋转编码器的转轴刚性连接，所述旋转编码器的信号输出端与PLC输入/输出模组的I/O端口分别对应电连接。

3.按照权利要求2所述的控制卷扬提升装置，其特征是在所述上料小车的允许走行范围内，分别设置有“原点”位置点、上加速检测点、上减速检测点、上到位检测点、下加速检测点、下减速检测点和下到位检测点，所述旋转编码器的输出编码数，与上料小车的当前走行位置距“原点”位置的距离相对应；当小车上升时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续增加，当小车下降时旋转编码器输出的“当前位”编码数连续减少；所述上加速、上减速、上到位、下加速、下减速和下到位检测点的位置，与旋转编码器不同的“当前位”输出编码数分别一一相对应。

4.按照权利要求1所述的控制卷扬提升装置，其特征是所述的就地局域网和远方局域网，为基于TCP/IP协议的100MB以太网；所述的第一光电交换机、光缆和第二光电交换机，构成采用同轴光缆的远程I/O网；第一光电交换机和第二光电交换机为带有RIO接口的，通讯速度为1.544M波特率，通讯协议为S908的主/从站接口通讯处理器。

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