1、龙门式起重机智能控制系统的实现在传统的起重机电控系统中，为了实现速度变换功能，通常采用的方法有改变电机的极对数来实现调速、转子回路串接电阻调速、涡流制动器调速等。这些传统的调速方式存在着电能浪费大、操作安全和可靠性难以保障、故障率高、操作复杂、效率低等难以克服的瓶颈问题。要想从根本上解决龙门式起重机的电控系统存在的这些问题，就需要从改变传统的控制方式入手，以可编程控制器（PLC）为控制中心、应用变频调速技术实现起重机智能化控制的方法与途径，实现了桥式起重机变频调速系统的智能化、高效稳定运行。 龙门式起重机 PLC 变频器 1 龙门式起重机智能控制系统总体方案 1.1 总体方案设计本课题以50
2、吨龙门式起重机为研究对象，该龙门吊跨度 36m，起升机构起升钩速为 1.212m/min，小车运行速度为 3.638m/min，大车运行速度为1058m/min。各机构驱动电机型号、参数及数量如表 1.1 所示。 本文只针对龙门式起重机的大车机构和起升机构的控制系统进行设计。系统采用西门子生产的 S7-300 系列变频器在起重机控制柜中建立主站作为桥式起重机的控制中心，同时，在操控室建立从站，并引入人机界面，实现对操控室控制指令的采集机现场数据在人机界面或控制面板上的显示。系统通过主站、从站和人机界面的结合实现对用于控制各机构驱动电机的变频器的控制。系统采用 2 台变频电机分别控制起重机大车运
3、行机构的两主动轮驱动电机，在控制算法上采用神经网络逆同步算法，从而实现大车两侧两驱动电机的同步运行；采用 1 台变频器控制主起升机构中钢绳卷筒驱动电机，并采用预估控制算法实现对主起升机构的智能控制；同时在系统中引入速度编码器、钩载传感器及其他的低压控制器件，共同组成桥式起重机的电气控制系统。此外在主站、从站和之间搭建现场总线 Profibus，并利用中继器来扩展现场总线 Profibus 通信距离。控制系统总体设计方案如图 1.1 所示。1.2 控制系统的硬件配置（1）变频器选型根据龙门式起重机各机构的控制要求及各机构驱动电机的额定功率、最大使用电机容量来选定变频器的规格及型号。本设计中选用施
4、耐德 ATV71 系列变频器，ATV71 系列变频器属于节能型变频器，其采用的最佳励磁控制方式，能够实现高效节能运行；并且采用了内置的PID 调节器，具有柔性的 PWM 调节功能，可以实现低噪音运行；在通信功能方面，该系列变频器内置了 Modbus 和 CANopen 通信总线协议，便于现场工业总线的搭建，另外也可支持 EtherNet/IP 和 PROFIBUS DP 等通信总线协议。 根据龙门式起重机各机构电机规格及主要参数情况，对照施耐德 ATV71 变频器选型手册，起升机构选用一台 ATV71HC16N4（160KW）变频器驱动，大车机构选用两台 ATV71HD30N4（30KW）变频
5、器驱动，小车机构选用一台 ATV71HD15N4（15KW）变频器驱动。 Figure 1.1 gantrycrane travelingand main hoisting mechanism control system block diagram （2）PLC 及模块选型控制系统选用西门子生产的 S7-300 系列 PLC，主站 CPU 模块选用 CPU315-2DP，并根据系统所需的数字量和模拟量输入输出点数，同时考虑 DI/DO 点数具有大于 10%的冗余的基础上，选用相应的数字量输入输出模块 SM323、模拟量输入模块 SM331、模拟量输出模块 SM332 以及计数模块 FM350
6、 等。从站的硬件组成为：PS307 2A 电源、从站模块 SIMATIC ET200M（IM153-1）及数字量输入模块 SM321 DI 16XDC24V 16、模拟量输入模块 SM331 AI 2X12BIT 2，从站 SIMATIC ET200M（IM153-1）与主站、人机界面（Panel PC 577）之间建立数据通讯传输。PLC 主站微处理选用西门子生产的CPU315-2DP 的主要是由于在神经网络逆系统运算过程中存在和大量的浮点数运算进程，因此应该在 CPU 的选用上将这一点加以充分的考虑，而西门子 S7-315-2DP 具有较强的浮点运算能力，能够很好的满足控制的要求。同时，它
7、还配备有 MPI 和 PROFIBUS-DP 接口，为变频器和 PLC 之间搭建 PROFIBUS-DP 通讯网络提供了便利。数字量 I/O 模块 SM323 主要通过采集现场开关量通断信号及输出高低电平至继电器或变频器实现控制。模拟量输入模块 SM331 实现对来自各类传感器的模拟量信号的采集，模拟量输出模块 SM332 将各类给定信号输出给变频器实现速度调节和信号反馈，计数模块 FM350-1 用来采集编码器返回的脉冲信号用以计算电机速度。 （3）转速传感器电机转速的测量利用光电编码器来实现，如图（1.3）的左半部分是常用的光电编码器结构简图。点光源（LED）发出的光在透镜（Lens）的折
8、射下变成标准的平行光，并经过光栅和码盘后照射在光敏接收器上，当电动机转动时，与电机同轴的码盘会和电机以其转动，码盘一转必然会遮挡光信号对光敏接收器的照射，由于码盘的孔洞是标准间隔和大小的，因此会使光信号以一定的周期照射在光敏接收器上，这样光敏接收器接收到的以一定周期间隔照射的光信号就可以实时的反应出电机的实际转速，然后接受器再把这些光信号转换成方波脉冲电信号输出至脉冲信号采集模块，从而反应出物理的运动量（位移、角速度、加速度） 。 （1.1）上式中， 表示电机实际转速，单位：rad/s，C1 是在特定采集周期内的脉冲数，T1 为采集周期，单位：s，在本实验中将计数周期设置为 0.1s，e 是光电编码器每每转一圈发生的脉冲数，本实验所选用的光电编码器每转一圈发出 1024 个脉冲。通过（1.1）式计算得出速度值为：=6.13310-2c1 rads-1 （1.2） 2 结论本文构建的龙门式起重机智能控制系统和传统的调速系统相比，在控制精度、自适应性和安全可靠性方面均有大的改善，这种控制系统模型保留了 PLC 可靠、灵活和适应能力强等优势，同时提高了系统的自学习、自适应的智能化水平，采用的变频调速系统具有运行特性良好、经济、可靠，也适用于起重机电气系统配套和改造，符合国家能源和交流调速技术的发展方向，具有很高的经济价值和广阔的市场前景。
