大型造船龍門起重機PLC網(wǎng)絡控制技術

祝福+高峰

摘 要：以PLC主站為中心，通過Profibus-DP總線連接大車、小車、起升變頻器、各機構(gòu)的遠程I/O從站及編碼器，并通過太網(wǎng)連接上位機和司機室的觸摸屏， 構(gòu)成了大型造船龍門起重機的智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng).

關鍵詞：造船龍門起重機；PLC ；變頻器；觸摸屏

中圖分類號：U665 文獻標識碼： A

Abstract：Centering on the PLC master station， through the profibus-dp bus connected with cart， trolley， lifting of inverter， the agencies from remote I/O station and encoder， and through the mt net connected to the PC and the driver room touch screen， it constitutes the intelligent network control system of large shipbuilding gantry crane.

Key Words： Large shipbuilding gantry crane； PLC； Inverter； Touch screen

1 引言

隨著我國船舶工業(yè)的快速發(fā)展，所建船舶的噸位也越來越大，帶動了造船龍門起重機的快速發(fā)展，特別是大跨距、大噸位的大型造船龍門起重機廣泛應用于船塢、船臺等船體建造場地，完成船體分段垂直升起和下降、平移行走和空中翻身等功能的吊裝任務。由于其結(jié)構(gòu)復雜、機構(gòu)多、機體龐大，負載噸位一般都在幾百噸以上，所以它的電氣控制系統(tǒng)必須要精準可靠。隨著計算機技術和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領域也日新月異，大型造船龍門起重機大都采用PLC和交流變頻智能化、網(wǎng)絡化的控制系統(tǒng)，以降低投資成本，提高控制的可靠性，方便日常的維修保養(yǎng)。由于篇幅有限，本文以一臺400 t大型造船龍門起重機為例 ，僅對其PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行論述。

2 PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的組成

2.1 硬件構(gòu)成

大型造船龍門起重機一般都是由上小車、下小車、大車剛性腿及其行走機構(gòu)、大車柔性腿及其行走機構(gòu)、主控室和各機構(gòu)電控室、操作室和載人電梯等構(gòu)成。其中上小車包括1#起升機構(gòu)、2#起升機構(gòu)和行走機構(gòu)；下小車包括3#起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)和行走機構(gòu)。

大型造船龍門起重機的電氣控制系統(tǒng)需要完成對上述各機構(gòu)發(fā)出工作指令進行速度控制、位置檢測以及安全保護等，完成升降、平移、分段空中翻身等吊裝任務。

2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要以可編程邏輯控制器為中心，組建以PLC主站為中心，通過Profibus-DP總線一部分連接大車、小車及起升變頻器，一部分連接各機構(gòu)的遠程I/O從站及編碼器，同時通過光纜建立以太網(wǎng)，連接上位機和司機室的觸摸屏。整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)見圖1所示。

2.3 PLC的配置

PLC以OMRON公司的CSIG-CPU45H作為整個控制系統(tǒng)的主機， CSIG-CPU45H具有廣泛的通訊功能、便于分布式控制的結(jié)構(gòu)形式、簡單便捷的操控界面。PLC系統(tǒng)的配置見下表1。

3 控制系統(tǒng)的工作分析

整個結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個分布式的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，各部分的工作分析如下：

3.1 電氣控制室

電氣控制室作為整個電氣控制系統(tǒng)的“大腦”，內(nèi)部安裝有PLC主站、上位機、剛?cè)嵬却筌囆凶呖刂乒瘛⑸舷滦≤囆凶呖刂乒瘛⑸舷滦≤嚻鹕刂乒瘛Ｏ到y(tǒng)內(nèi)各部件電氣控制柜的接觸器、斷路器及熔斷器組成信號采集系統(tǒng)，各內(nèi)部信號的保護與采集、司機發(fā)出的操作命令等都通過I/O從站送入PLC主站內(nèi)。

3.2 遠程I/O從站

遠程I/O從站完成信號的釆集，一方面將模擬量信號轉(zhuǎn)換為開關量信號傳給PLC主控制器，另一方面開關量信號直接進入PLC，遠程從站將收集的信號反饋給PLC主站，PLC主站執(zhí)行邏輯控制程序，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對起升、小車、大車變頻器的起動、停止、速度控制。

上小車I/O站的主要作用是將電機保護信號及其小車內(nèi)機構(gòu)的保護信號進行收集，如：上升終點信號、下降終點信號、起重量限制器超載信號等；

下小車中的遠程I/O從站主要作用是對電機保護信號和相應的下小車機構(gòu)中的保護信號進行收集，例如下降過程中的終點信號等；

大車剛性腿中的遠程從站主要作用是電機保護信號的收集以及大車剛性腿中的機構(gòu)保護信號的收集；

大車柔性腿的遠程子站主要作用是對電動機中產(chǎn)生的保護信號及大車柔性腿中的機構(gòu)保護信號進行收集。

3.3 司機室

司機室也是一個遠程I/O從站，可以實現(xiàn)人機信息和指令的傳遞，操作者可以通過觸摸屏了解到起重機的實時狀態(tài)參數(shù)，通過操作界面實現(xiàn)工作狀態(tài)顯示及故障報警：可以使操作人員通過觸摸屏畫面觀察到整機的運行狀態(tài)，監(jiān)控整個系統(tǒng)內(nèi)的接觸器、斷路器、變頻器等設備的運行狀態(tài)，監(jiān)控變頻器的設定頻率、轉(zhuǎn)速及當前實際的頻率和轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)工作狀態(tài)等。

也可以根據(jù)用戶授權設定對個別參數(shù)進行修改，各終端信號源根據(jù)控制精度和功能需要，在龍門起重機上安裝檢測元件和電氣限位開關，檢測元件主要是編碼器，它是信號的發(fā)出端，也是控制指令的接收端。

3.4 變頻器子站

在系統(tǒng)中設有絕對值編碼器的子站，其作用主要是當其作為從站使用時，通過主站向變頻器發(fā)送指令，并且可以接收其反饋的故障報告信號。龍門吊中的上小車1#號起升位置的編碼設備以及2#號起升位置的編碼設備和下小車主要的起升位置中的編碼設備主要是測驗各個起升位置并且傳送到中央控制器。龍門吊中控制大車剛性腿運行狀況的編碼設備，主要作用是檢驗各自的運行狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳送到中央存儲器。

4 結(jié)束語

大型造船龍門起重機占地面積較大，各運行機構(gòu)與中央處理器（CPU）主站的距離一般較遠，所以需要相應的在各機構(gòu)中設置遠程I/O從站，PLC控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接的通訊方式控制變頻器，同時也釆集和讀取變頻器內(nèi)部的信息。通過Profibus-DP網(wǎng)絡安裝觸摸屏和工控機等設備，能完成對整機性能的動態(tài)監(jiān)測和故障排查，同時還可將設備連入互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)的遠程協(xié)助技術方便快捷地從專家那里獲得幫助，能迅速判斷事故原因，縮短維修時間。大型造船龍門起重機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化，是目前和今后一段時間的發(fā)展方向。

本網(wǎng)絡控制系統(tǒng)通過在實驗室反復測試、模擬運行，證明方案可行，能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求。

參考文獻

[1] 鞠俊. 大型造船造船龍門起重機電氣控制設計[D]大連理工大學，2014.

[2] 劉普. 基于PLC和變頻器的港口門座起重機控制系統(tǒng)研究[D].南京理工大學，2014.

[3] 張蓉，姜鍵. 基于現(xiàn)場總線的龍門起重機智能控制系統(tǒng)的設計[J]. 儀表技術與傳感器，2003（3）.

[4] 龔春署. 淺析龍門吊機控制系統(tǒng)[J]. 廣船科技，2008（3）.

[5] 黃明濤. 變頻器和PLC在起重機中的應用[J].電機技術，2009（3）.endprint