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PLC en la transformación de conducción de circuitos de control eléctrico Aplicación
Autor: Li, Hu Jiejia
Palabras clave: Controlador programable de control de velocidad de frecuencia variable de accionamiento eléctrico
1 Introducción
El rotor del motor asíncrono bobinado está conectado en serie con una resistencia sensible a la frecuencia, que se utiliza en la fábrica para el arranque y la regulación de la velocidad de la grúa transportadora de minerales. Este método de control de relé-contactor tiene los siguientes problemas en la operación real:
(1) El entorno de trabajo de conducción es duro y las tareas de trabajo son pesadas. La resistencia en serie sensible a la frecuencia del motor se quema a tierra de vez en cuando, lo que hace que el motor se queme con frecuencia;
(2) Debido a la vibración del cuerpo y al ambiente de polvo conductor, el control del contactor de relé El sistema tiene poca confiabilidad, alta tasa de fallas y mantenimiento difícil, el costo de mantenimiento es alto y los trabajadores de mantenimiento están cansados;
(3) El rotor está conectado en serie con una resistencia sensible a la frecuencia para la velocidad. Regulación y las características mecánicas son suaves. El funcionamiento es inestable cuando cambia la carga y la resistencia sensible de frecuencia media funciona durante mucho tiempo, lo que provoca un grave desperdicio de energía;
(4) El contactor se abre y cierra con frecuencia bajo alta corriente, lo que provoca graves pérdidas. contaminación armónica de la red eléctrica y bajo factor de potencia.
Por lo tanto, la fábrica utiliza PLC en lugar de control de contactor de relé, y el convertidor de frecuencia reemplaza la resistencia sensible a la frecuencia en serie con el rotor del motor. Después de la transformación, el efecto de la operación fue notable y se resolvieron los problemas anteriores.
2 Sistema de transmisión de frecuencia variable controlado por PLC para conducir el vehículo
2.1 Composición del sistema
El carro andante, el carro, los motores de elevación y apertura y cierre de la cuchara, todos Necesita ser administrado de forma independiente. El carro es impulsado por dos motores al mismo tiempo, y el carro, el levantamiento del cucharón y la apertura y cierre del cucharón son impulsados cada uno por un motor. Todo el sistema tiene cinco motores. Para garantizar que cada pieza funcione de forma segura sin afectarse entre sí, se utilizan cuatro convertidores de frecuencia para accionarse y cuatro PLC se controlan entre sí. La composición del sistema se muestra en la Figura 1:
El PLC recibe la señal de control de velocidad del controlador principal. Esta señal es una señal de control digital con un nivel de señal de AC220V V. Estas señales incluyen: señales positivas y negativas. Desde el controlador principal, las señales negativas, las señales de protección contra sobrecalentamiento del motor, las señales de límite de seguridad, el arranque, la parada de emergencia, el reinicio, el bloqueo de cero y otras señales se ingresan desde el disipador. El PLC completa la función de control lógico del sistema basándose en estas señales y envía señales de control como arranque, parada, rotación hacia adelante, rotación hacia atrás, regulación de velocidad, etc. al convertidor de frecuencia para mantener el motor en el estado de funcionamiento requerido.
El convertidor de frecuencia recibe la señal de control proporcionada por el PLC y emite potencia de frecuencia variable al motor de acuerdo con la configuración para lograr la regulación de velocidad del motor. El operador envía varias señales de control al PLC a través del controlador principal según las necesidades reales.
Cuando el motor de elevación baja el peso, el motor invierte. Debido a la aceleración de la gravedad, el motor se encuentra en un estado de frenado regenerativo y la energía mecánica del sistema de arrastre se convierte en energía eléctrica y se almacena en ambos extremos del condensador de filtro del inversor de la fuente de voltaje, lo que hace que el voltaje de CC continúe. elevarse e incluso romper el aislamiento eléctrico. Cuando el voltaje suba al valor establecido, conecte la resistencia de fuga de energía para consumir esta parte de la energía del circuito de CC y garantizar el funcionamiento seguro del inversor.
2.2 Comunicación entre el convertidor de frecuencia y el PLC
Este sistema utiliza bus de campo para controlar el convertidor de frecuencia en lugar del método tradicional analógico o de conmutación. En este sistema, el carro y el inversor de elevación están conectados al bus Profibus-DP a través de módulos opcionales. Teniendo en cuenta el tiempo real y la estabilidad de la transmisión de datos, el sistema elige PPC-3 como formato de transmisión de datos con una velocidad en baudios de 387,5 kbps. Después de adoptar la estructura del bus, el sistema se optimiza aún más, como se muestra en la siguiente figura:
( 1) Cableado sencillo
Solo requiere 1 par trenzado blindado de dos núcleos, otros métodos requieren al menos 4 cables, lo que reduce la carga de trabajo de mantenimiento.
(2) Dada estabilidad
Evita la fluctuación de la referencia analógica causada por la deriva de la señal, la interferencia electromagnética y muchos otros factores, haciendo que la referencia de velocidad del sistema sea más confiable.
(3) Velocidad continua
En comparación con el sistema que utiliza el valor de conmutación como valor de referencia de velocidad, el valor de referencia de velocidad cambia de un valor discreto a un valor continuo, de modo que el convertidor de frecuencia Puede aceptar las instrucciones de ajuste de velocidad del PLC para lograr una operación de elevación equilibrada.
2.3 Sistema de emergencia de respaldo
Cuando el cable troncal del autobús o un determinado punto del autobús se daña, es posible que el sistema no funcione correctamente. Por lo tanto, existe un sistema de respaldo en el sistema para evitar que el autobús se utilice normalmente en caso de emergencia, pero no puede dejar de funcionar. El convertidor de frecuencia tiene dos conjuntos de modos de control: uno utiliza la comunicación por bus para el control normal; el otro utiliza el control por interruptor en situaciones de emergencia. Los dos conjuntos de parámetros se cambian a través del PLC. Los dos conjuntos de parámetros son completamente consistentes en los ajustes de velocidad de los engranajes del mango, por lo que desde la perspectiva del uso, el cambio de los dos conjuntos de parámetros es invisible.
2.4 Sincronización y Rectificación
Cuando la grúa levanta el cucharón, el sistema entrará en el modo de corrección automática para garantizar que la posición del cable esté sincronizada cuando se levante el gancho. Debido al par de fricción durante la instalación mecánica, el ajuste del freno mecánico no puede ser completamente consistente, por lo que el sistema no utiliza corrección dinámica en tiempo real, sino que adopta una solución de compromiso. Su principio de funcionamiento es: primero, el sistema establece dos umbrales en el PLC, el umbral 1 se usa para iniciar la corrección automática del gancho y el umbral 2 se usa para finalizar la corrección automática. En segundo lugar, el PLC lee los datos del codificador; instalado en el tambor de elevación, calcula la altura de elevación en tiempo real, en tercer lugar, el PLC compara las dos alturas de elevación leídas. Cuando la diferencia entre las dos alturas es mayor que el umbral 1, el PLC superpondrá una pequeña desviación de velocidad a la velocidad de referencia determinada por la palanca. Cuando la diferencia entre las dos altitudes es inferior al umbral 2, cancela la desviación y reduce aún más la diferencia de sustentación por inercia. Finalmente, cuando se proporciona la velocidad del motor de la grúa de cuchara, el PLC descargará el valor de velocidad calculado y sintetizado al convertidor de frecuencia vía Profibus-DP.
3 Diseño y aplicación de software y hardware de PLC
3.1 Diseño de hardware de PLC
Los motores de carro de grúa, carro, elevación de cuchara y apertura y cierre de cuchara están compuestos respectivamente de diferentes controles PLC. El carro de la grúa, el carro, los motores de elevación y conmutación funcionan en estado de funcionamiento eléctrico, y la estructura de control, la implementación de software y hardware del convertidor de frecuencia y el PLC son básicamente los mismos. El estado operativo del motor de elevación incluye frenado eléctrico, inverso y frenado regenerativo. La estructura de control entre el convertidor de frecuencia y el PLC es más complicada que la de un automóvil grande y uno pequeño. Tomando el motor de elevación como ejemplo, el cableado de E/S de su PLC se muestra en la Figura 2 y el diagrama de cableado del inversor se muestra en la Figura 3.
3.2 Proceso de trabajo del automóvil
Cuando la puerta de la cabina y la puerta del riel de la viga están cerradas, los contactos normalmente cerrados de los interruptores de seguridad 1# y 2# se abren y el interruptor de parada de emergencia se cierra. , y el principal El controlador se establece en cero. Sólo entonces se puede presionar el botón de inicio para encender la alimentación. Cuando el controlador principal se coloca en la marcha ascendente, el motor gira hacia adelante. Al ajustar el engranaje de velocidad, se controla el inversor para generar diferentes voltajes, ajustando así la velocidad del motor de elevación de la cuchara. Cuando el controlador principal se coloca en la tercera marcha con carga completa, el motor gira hacia adelante y el motor está en estado de frenado inverso. Cuando el controlador principal se coloca en la segunda marcha hacia abajo y la carga es pesada, es la etapa de descenso forzado. El motor invierte la dirección bajo la acción de la aceleración de la gravedad, el motor entra en el estado de frenado regenerativo. Además, cuando el motor cambia rápidamente de alta velocidad estable a baja velocidad, el motor también entrará en el estado de frenado regenerativo. Cuando el controlador principal se configura en la reducción de marcha de 1, el motor invierte y se encuentra en estado eléctrico. Durante el funcionamiento, si el motor deja de funcionar por cualquier motivo, se conserva el freno hidráulico trifásico original para evitar que objetos pesados caigan rápidamente.
En caso de emergencia, se podrá pulsar el botón de parada de emergencia, por un lado actuará el freno mecánico, y por otro lado, se conectará el terminal de control de parada de emergencia EMS del inversor y el. El inversor dejará de funcionar. Cuando el motor de la grúa de cuchara se dispara por una avería, actúa el relé térmico, se sobrecarga el motor, etc. Una vez eliminada la falla, puede presionar el botón de reinicio y abrir el terminal de control de reinicio RST del convertidor de frecuencia para restaurar el convertidor de frecuencia al estado operativo.
3.3 Diseño de software PLC
Seleccione el PLC de la serie FXON y adopte la programación modular. Los módulos específicos son los siguientes:
(1) Bloque de función de conversión de altura.
Se utiliza para convertir el código Gray en código binario y convertir el código binario en ajuste de altura de elevación y desviación de altura de elevación;
(2) Bloque de función de control del interruptor del convertidor de frecuencia. Se utiliza para arrancar, detener y controlar la velocidad de convertidores de frecuencia para grúas, carros y grúas de cuchara;
(3) Bloque de función de control de comunicación del convertidor de frecuencia. Se utiliza para arrancar, detener y ajustar la velocidad de carros, carros y inversores de motores de elevación. También se utiliza para leer la palabra de control y la palabra de estado del convertidor de frecuencia. La Figura 4 es el diagrama de flujo de control del software del automóvil. Los diagramas de flujo del software del automóvil, el motor de elevación y el motor de apertura y cierre son similares a los del automóvil.
3.4 Medidas de protección de seguridad
(1) Parte de distribución de energía: además de la protección contra pérdida de fase, sobrecorriente y cortocircuito, también se proporcionan dos medidas de protección de seguridad en las vigas de los extremos. y plataformas a ambos lados del vehículo un interruptor de seguridad. El vehículo sólo puede circular cuando el interruptor está cerrado. También hay un botón de solicitud y respuesta de embarque en el tren para que el resto del personal pueda abordar de manera segura durante el trabajo de conducción.
(2) Inversor: El inversor de la serie ACS600 seleccionado tiene protección contra sobrecarga del motor, pérdida de fase, conexión a tierra, sobrecorriente y sobretensión del bus de CC. El motor de elevación del gancho y el inversor del carro cambian al modo de control del bus. función de monitoreo de fallas.
(3) Protección del interruptor de recorrido: Todos los mecanismos tienen protección de límite de recorrido. En el estado de acción simple, los interruptores de límite de elevación del carro y de la cuchara son independientes en la condición de trabajo del varillaje, el límite trasero del carro 1 y el límite delantero del carro 2 son las condiciones permitidas de la condición de trabajo del varillaje, y el límite delantero; del carro 1 y el carro. El límite trasero de 2 se utiliza como límite del automóvil. Siempre que haya una acción límite del Ascensor 1 y del Ascensor 2, se considera como el límite de sustentación.
(4) Otras protecciones: Todas las instituciones tienen protección de conexión cero y protección contra sobrecorriente. El mecanismo de elevación del agarre también tiene protección contra sobrecarga y protección contra exceso de velocidad. Cuando se active el interruptor de sobrevelocidad, desconecte la alimentación del contactor principal del convertidor de frecuencia.
4 Conclusión
Aplicación del sistema de accionamiento de frecuencia variable controlado por PLC en la conducción. La velocidad, el tiempo de aceleración y el tiempo de frenado de cada motor se pueden configurar de acuerdo con las condiciones de trabajo reales, lo cual es muy conveniente. A juzgar por los resultados operativos, la velocidad del motor funciona suavemente cuando cambia la carga. La tasa de fallas del equipo se reduce considerablemente, el desgaste del motor se reduce significativamente y se reduce el impacto de los armónicos de alto orden en la red eléctrica. Durante el mantenimiento del equipo, la velocidad de resolución de problemas se acelera significativamente y la cantidad de mantenimiento del equipo se reduce considerablemente.
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