一种智能化起重机控制系统.pdf

一种智能化起重机控制系统，含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制。该系统基于现代机电一体化智能控制技术，融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体，实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化，具有可靠性高、安全性高的特点。

1.  一种智能化起重机控制系统，含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制，其特征是：PLC主机控制的一端与HMI系统监视电气线路相连接，PLC主机控制的另一端分别与开关量输入的一端、模拟量输出、数据采集PLC、远程开关量输入的一端、变频器控制相连接，模拟量输出设有编码器检测模块和模拟量模块，数据采集PLC设有从站PLC，开关量输入设有启动急停模块，驾驶室操作台设有指纹识别装置；开关量输入的另一端与无线遥控器连接；远程开关量输入的另一端与驾驶室操作台相连接，组成了一种智能化起重机控制系统。

一种智能化起重机控制系统
技术领域
本发明涉及到起重机控制系统，特别是一种智能化起重机控制系统。
背景技术
我国改革开放以来，国民经济得到快速的增长，“科技创新，自主创新”已成为目前国内工业发展的主流。自有人类文明以来，物料搬运便成了人类活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。目前起重机的控制方式主要是继电器逻辑控制和PLC控制这两种方式。继电器控制方式的特点是成本低，控制回路复杂、故障率高、维修频繁。应用这种控制方式的起重机后期维修任务繁重，影响正常生产。PLC采用计算机控制模式控制效果好，灵敏度高，故障率低，用于中大型起重机械的控制系统，符合市场的需求。起重机每天需进行大量的装卸操作，桥式起重机切换十分频繁，在电流比较大的状态下，容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的电阻因灰尘、设备震动等原因经常烧坏、断裂，出现啃轨现象，启动重物时，由于绳子长容易发生摇摆，使得操作不能正常平稳的进行，还有可能出现溜钩等意外事故。有时超载负荷大，启动时电流对电网冲击大，而且都是惯性负载，机械设备使用寿命缩短，操作人员的安全系数不高，设备运行可靠性低，副钩、大车、小车凸轮控制器之间没有固定的联系，在起重机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作；定位控制系统定位精度不高，效率较低，运行过程不平稳，安全性低，制约了生产效率。为了解决上述问题，科研单位与企业的技术人员在不断地探索、研究，希望研制出一种更为先进的起重机控制系统，虽然取得了一定的进展，但在实际运用中仍然存在着尚未克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上不足，提供一种智能化起重机控制系统。该系统基于现代机电一体化智能控制技术，融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体，实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化，具有可靠性高、安全性高的特点。该系统采用PLC控制，在PLC上加装远程控制模块，利用全闭环智能纠偏控制技术和动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术，基于网络技术的系统状态数据库管理，实现“变绳长”条件下的重物防摆与系统的定位控制，确保大车、小车的高效平稳运行，有效防止起重机的啃轨，实现了起重机的状态检测监控、远程故障诊断、维护检修指导等跟踪服务；在驾驶室操作台上设有指纹锁，能自动识别操作人员的指纹，防止别人操作造成失误；系统还增加了应急控制机制防溜钩控制模块，有效防止溜钩等意外事 故的发生，对运行状态以及从元件、部件、模块、系统到负载、运行速度、操作流程、操作人员身份等进行全方位的智能识别监控，实现起重机自动化、智能化的控制，生产效率高，安全性能好，满足了生产需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含有PLC主机控制、HMI系统监视、无线遥控器、开关量输入、模拟量输出、数据采集PLC、驾驶室操作台、远程开关量输入、变频器控制，PLC主机控制的一端与HMI系统监视电气线路相连接，PLC主机控制的另一端分别与开关量输入的一端、模拟量输出、数据采集PLC、远程开关量输入的一端、变频器控制相连接，模拟量输出设有编码器检测模块和模拟量模块，数据采集PLC设有从站PLC，开关量输入设有启动急停模块，驾驶室操作台设有指纹识别装置；开关量输入的另一端与无线遥控器连接；远程开关量输入的另一端与驾驶室操作台相连接，组成了一种智能化起重机控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术原理是：该起重机控制系统主要通过PLC主机控制行车的运行。HMI监视系统采用A65系列触摸屏，采集主机PLC的数据显示，达到监控作用。在PLC上加装远程控制模块来实现远程诊断、检测、监控等功能。系统主要由大车小车起升三部分电机组成，每部分电机都含有编码器反馈。通过编码器反馈，超载限制器的重量反馈，当行车起升物体时，编码器实时反馈出主钩的位置，根据行车吊起重物的高度，以及大车行走的速度，通过数据运算，给出合理的启动加速时间，让重物能够平稳的启动，达到防摇的效果。当主钩在位置较低时，大车启动速度缓慢同时主钩向上抬升重物，当大车电机达到合理高度，大车可以最快速度运行，当快要达到重物所需位置时，系统会提示一个合理的减速以达到提前减速，达到更好的防摇效果。
PLC主机通过模拟量输出控制大车左右电机的同步运行，当编码器检测模块检测到有一侧电机有落后变差，模拟量模块通过增加电压，让变频器频率升高，增加落后一侧电机的运行速度，以达到两侧运行同步。PLC通过检测安装在两侧走轮上的增量型编码器，实现大车的同步运行；基于动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术，确保大车、小车的高效平稳运行。从站PLC时刻读取电机运行的电流、电压以及电机的速度，传送给数据采集PLC，数据采集PLC再将得到的数据传送给PLC主机，PLC主机根据接收到的数据进行运算反馈。无线遥控器与开关量输入的另一端连接，无线遥控器通过无线高频电波连接，PLC主机通过采集无线遥控器的开关量输入，读取启动急停模块的信号，根据无线遥控器按钮控制小车向前向后、打车向左向右、主钩上下的运行。大车轨道上特定位置要安装磁铁，以便起重机修正编码器的误差。当运行偏差达到起重机跨度的1/1000时，开始自动纠偏；当运行偏差达到起重机跨度的2/1000时，发出警告；当偏差大于起重机跨度的3/1000时，大车自动停车。并在驾驶室发出报警信号，操作者通过手动操作单边行走机构进行手动纠偏， 消除偏差后恢复大车运行。
驾驶室操作主要由摇杆控制小车上下左右运行以及起升。远程开关量输入采集行车驾驶室的控制信号，以及系统的报警信号。系统通过485总线链接PLC主机，将采集的信号传送给主机进而做出判断。驾驶室操作台里设有指纹识别锁，能自动识别操作人员的指纹，用来防止起重机被别人使用造成失误，确保起重机的安全性。行车吊钩在吊物升降时，偶尔发生溜钩事故(事件)，该系统增加了防溜钩控制模块，对全过程进行防溜钩控制，所有机构的刹车通过变频器的信号来控制。电机启动时，变频器先保证电机有足够的保持力矩，然后才控制刹车打开，防止溜钩。当电机停车时，变频器先通过改变电机磁场来把电机降到较低的速度，然后再控制刹车关闭，来实现平稳的停车。PLC系统不断检测所有变频器，以及各个机构的限位开关等信息并记录，如果出来故障或者错误的话会发出报警，PLC系统还将记录所有机构的运行次数、运行时间等数据，进行应急控制，与此同时选用可靠性高、技术性能好的设备用于对相关驱动设备，尤其是对制动器，进行供电及控制，对起重机重要关键设备进行全过程监控，一旦某设备的累积工作时间达到易发故障区间时，电控系统会自动提醒维护人员及时更换，将溜钩事故的发生几率降到最低，保证操作人员的人身及设备的安全以及工作效率。
本发明的有益效果：该系统基于现代机电一体化智能控制技术，融计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术、液压技术、模糊控制等技术于一体，实现了新一代起重机驱动与控制的自动化、智能化，具有可靠性高、安全性高的特点。该系统采用PLC控制，在PLC上加装远程控制模块，利用全闭环智能纠偏控制技术和动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术，基于网络技术的系统状态数据库管理，实现“变绳长”条件下的重物防摆与系统的定位控制，确保大车、小车的高效平稳运行，有效防止起重机的啃轨，实现了起重机的状态检测监控、远程故障诊断、维护检修指导等跟踪服务；在驾驶室操作台上设有指纹锁，能自动识别操作人员的指纹，防止别人操作造成失误；系统还增加了应急控制机制防溜钩控制模块，有效防止溜钩等意外事故的发生，对运行状态以及从元件、部件、模块、系统到负载、运行速度、操作流程、操作人员身份等进行全方位的智能识别监控，实现起重机自动化、智能化的控制，生产效率高，安全性能好，满足了生产需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述；
图1中是一种智能化起重机控制系统结构示意图；
图2中是一种智能化起重机控制系统操作示意图；
在图1、2中：1、PLC主机控制、2、HMI系统监视、3、无线遥控器、4、开关量输入、5、 模拟量输出、6、数据采集PLC、7、驾驶室操作台、8、远程开关量输入、9、变频器控制。
具体实施方式
在图1、2中：PLC主机控制1的一端与HMI系统监视2电气线路相连接，PLC主机控制1的另一端分别与开关量输入4的一端、模拟量输出5、数据采集PLC6、远程开关量输入8的一端、变频器控制9相连接，模拟量输出5设有编码器检测模块和模拟量模块，数据采集PLC6设有从站PLC，开关量输入4设有启动急停模块，驾驶室操作台7设有指纹识别装置；开关量输入4的另一端与无线遥控器连接；远程开关量输入8的另一端与驾驶室操作台7相连接，组成了一种智能化起重机控制系统。
该起重机控制系统主要通过PLC主机控制1行车的运行。HMI监视2系统采用A65系列触摸屏，采集主机PLC的数据显示，达到监控作用。在PLC上加装远程控制模块来实现远程诊断、检测、监控等功能。系统主要由大车小车起升三部分电机组成，每部分电机都含有编码器反馈。通过编码器反馈，超载限制器的重量反馈，当行车起升物体时，编码器实时反馈出主钩的位置，根据行车吊起重物的高度，以及大车行走的速度，通过数据运算，给出合理的启动加速时间，让重物能够平稳的启动，达到防摇的效果。当主钩在位置较低时，大车启动速度缓慢同时主钩向上抬升重物，当大车电机达到合理高度，大车可以最快速度运行，当快要达到重物所需位置时，系统会提示一个合理的减速以达到提前减速，达到更好的防摇效果。
PLC主机1通过模拟量输出5控制大车左右电机的同步运行，当编码器检测模块检测到有一侧电机有落后变差，模拟量模块通过增加电压，让变频器频率升高，增加落后一侧电机的运行速度，以达到两侧运行同步。PLC通过检测安装在两侧走轮上的增量型编码器，实现大车的同步运行；基于动态建模、滑模变结构控制与全变频调速的智能防摆控制技术，确保大车、小车的高效平稳运行。从站PLC时刻读取电机运行的电流、电压以及电机的速度，传送给数据采集PLC6，数据采集PLC6再将得到的数据传送给PLC主机1，PLC主机1根据接收到的数据进行运算反馈。无线遥控器与开关量输入4的另一端连接，无线遥控器通过无线高频电波连接，PLC主机1通过采集无线遥控器的开关量输入，读取启动急停模块的信号，根据无线遥控器按钮控制小车向前向后、打车向左向右、主钩上下的运行。大车轨道上特定位置要安装磁铁，以便起重机修正编码器的误差。当运行偏差达到起重机跨度的1/1000时，开始自动纠偏；当运行偏差达到起重机跨度的2/1000时，发出警告；当偏差大于起重机跨度的3/1000时，大车自动停车。并在驾驶室发出报警信号，操作者通过手动操作单边行走机构进行手动纠偏，消除偏差后恢复大车运行。
驾驶室操作主要由摇杆控制小车上下左右运行以及起升。远程开关量输入8采集行车驾 驶室的控制信号，以及系统的报警信号。系统通过485总线链接PLC主机，将采集的信号传送给主机进而做出判断。驾驶室操作台7里设有指纹识别锁，能自动识别操作人员的指纹，用来防止起重机被别人使用造成失误，确保起重机的安全性。行车吊钩在吊物升降时，偶尔发生溜钩事故(事件)，该系统增加了防溜钩控制模块，对全过程进行防溜钩控制，所有机构的刹车通过变频器的信号来控制。电机启动时，变频器先保证电机有足够的保持力矩，然后才控制刹车打开，防止溜钩。当电机停车时，变频器先通过改变电机磁场来把电机降到较低的速度，然后再控制刹车关闭，来实现平稳的停车。PLC系统不断检测所有变频器，以及各个机构的限位开关等信息并记录，如果出来故障或者错误的话会发出报警，PLC系统还将记录所有机构的运行次数、运行时间等数据，进行应急控制，与此同时选用可靠性高、技术性能好的设备用于对相关驱动设备，尤其是对制动器，进行供电及控制，对起重机重要关键设备进行全过程监控，一旦某设备的累积工作时间达到易发故障区间时，电控系统会自动提醒维护人员及时更换，将溜钩事故的发生几率降到最低，保证操作人员的人身及设备的安全以及工作效率。