西门子G120在抓斗起重机控制中的应用
[抓斗,智能控制,技术]智能控制技术在抓斗起重机上的应用
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智能控制技术在抓斗起重机上的应用【摘要】随着社会主义市场经济改革体制的不断深化，促进了我国造船事业、港口货运事业等领域的发展，而抓斗起重机作为常用的起重机械设备，在控制系统上应用智能控制技术，尤其是PLC技术和变频调速技术在抓斗起重机上的应用，使抓斗起重机在作业过程中产生的故障率及维修率得到有效的降低，从而促进了抓斗起重机作业效率的有效提高，使抓斗起重机的智能化和自动化得到更好的实现，确保了抓斗起重机运行的节能性、可靠性和安全性。
【关键词】智能控制技术；抓斗起重机；变频器；电气自动化随着时代和社会经济的快速发展，促进了我国各个领域的发展速度，尤其是在码头、港口、矿业等行业的生产过程中，经常需要采用到抓斗起重机等起重机械设备，尤其是具有大吨位的造船门式起重机在码头、港口中进行安装作业。
但是在抓斗起重机上具有的传统电气控制系统耗能大、故障发生率高，导致事故频发，因此，在抓斗起重机上应用智能控制技术，能够使抓斗起重机系统在优化之后促进系统具有更高的稳定性和安全性，尤其是PLC技术和变频调速技术在抓斗起重机上的应用，具有更高的节能性和可靠性。
1.智能控制技术的主要内容1.1变频调速技术变频调速技术指的是对供电的电源频率经由变频器进行有效改变，使电机产生的回转速得到合理的调节，确保对转矩的功率和调速进行控制，以此来满足不同负荷承载所提出的要求。
由于变频调速技术在一定程度上具有高效率、高精度控制、高电机功率和在控制调速的范围上较宽，同时还能够使电能得到有效的节约，在起重机上的控制系统上得到广泛的应用。
PLC技术又称之为可编程控制器，其在功能上能够对逻辑进行重复的编写、编制和控制，在工业自动化控制中得到了广泛的应用。
具体的说，PLC技术主要包括了CPU（即中央处理单元）、输入输出接口、存储器和通讯接口等控制元件。
1.3其他技术在智能控制技术中除了包括变频调速技术、PLC技术之外，还包括了传感检测技术和现场总线控制技术等。
西门子G120变频器说明书[4]
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西门子G120变频器说明书一、产品概述西门子G120变频器是一种可满足多样化要求的模块化变频器，组件采用模块化设计，功率范围宽，0.55 kW ~ 250kW，可确保始终能够组合出一种满足要求的理想变频器。
该系列变频器提供有三种电压型号，可连接 200 V、400 V 和 690 V 电网。
³西门子G120变频器由两部分组成：控制单元（CU）和功率模块（P M）。
控制单元负责控制和监视功率模块和连接的电机，并提供操作员界面和通信接口。
功率模块负责将输入的交流电转换为可调节的输出电压和频率，以驱动连接的电机。
高效能：采用空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，提高了输出电压的利用率，降低了谐波损耗，提高了效率和功率因数。
高可靠性：采用先进的散热设计，保证了功率模块的稳定运行。
具有过载、过压、欠压、过温、短路等多种保护功能，保证了变频器和电机的安全运行。
高灵活性：提供多种控制单元和功率模块的组合选择，满足不同的应用需求。
支持多种现场总线协议，如PROFINET、PROFIBUS、EtherNet/IP、CANopen、USS、Bacnet、Modbus等，实现与上位控制系统的无缝对接。
高智能化：具有自动调节功能，可根据电机参数和负载情况自动优化控制策略。
具有故障诊断功能，可显示故障代码和故障原因，并提供相应的解决方案。
具有数据备份功能，可将变频器参数保存在存储卡中，方便更换或复制。
二、产品型号G120C：是一种紧凑型变频器，集成了控制单元和功率模块于一体，适用于简单的应用场合，如风机、水泵等。
功率范围为0.55 kW ~ 18.5 kW。
G120 CU240B-2/CU240E-2：是一种标准型变频器，采用分离式的控制单元和功率模块，适用于中等复杂度的应用场合，如输送机、起重机等。
功率范围为0.55 kW ~ 132 kW。
G120 CU250S-2：是一种高性能型变频器，采用分离式的控制单元和功率模块，适用于高精度和高动态性能要求的应用场合，如数控机床、纺织机械等。
G120变频器的应用(工程师培训)
功能键
图1.1 基本操作面板
图1.2插有BOP的控制单元
n按键的功能
•FN键的功能
n通过操作面板修改参数 例：修改参数P003
2.西门子G120变频器的调试软件n NhomakorabeaC连接组件
•为系统选件
•是一块带隔离的 RS232 适配器（DP接口），可以
实现变频器与 PC 机之间通过串行RS232接口的可
•BOP(选件) •PC工具(安装了调试软件STARTER)
本节主要内容： q 快速调试 q 电机的参数识别 q 速度控制优化
4.2.1 快速调试的步骤
n 快速调试中要设置的主要参数 •电源参数：如进线电源频率 •电机参数：电机铭牌数据，有无编码器 •变频器运行方式：命令／设定值来源 •电机工作特点：最小频率／最大频率及上升斜坡 ／下降斜坡时间。 •调速控制方式：矢量控制、U/F控制
8.点动方式下的频率给定
5.9 跳转频率
5.10 斜坡时间
5.11 保存应用设置的结果
5.12 恢复出厂设置
n恢复参数为出厂设置：使变频器参数复原到一个既定 的初始状态。
201x年x月于xx班
n 快速调试流程图
西门子异步电动机铭牌
4.2.2 电机参数识别的步骤
n由于控制的要求，电机参数识别是必须要进行的 •如果不进行电机参数识别，那么变频器只能通过 电机铭牌的信息来估计等效电路参数。 •例如，定子电阻对于闭环矢量控制和V/F控制方式 下的电压提升特性是非常重要的。 •如果电机电缆较长或者采用第三方的电机，则也 需要进行电机参数识别。
靠通讯。
•安装了相应软件的 PC 机，可以通过该组件直接
对变频器进行控制和调试。
控制单元
解析变频器和PLC在大型起重机控制中的应用_1
解析变频器和PLC在大型起重机控制中的应用现代化的机械设备应用过程中，大型起重机的控制，引起了业界内的广泛关注。
从主观的角度来分析，大型起重机的控制操作，并不是一件容易的事情，会受到很多影响因素的作用，应坚持在控制过程中，按照积极的方法来完成，减少固有操作的不足。
文章针对变频器和PLC在大型起重机控制中的应用展开讨论，并提出合理化建议。
标签：变频器；PLC；大型；起重机；控制从客观的角度来分析，变频器和PLC是当代先进科技发展的产物，同时能够在很大程度上，充分解决大型起重机控制的不足。
例如，对于变频器和PLC 的合理应用，能够促使各项数据、信息得到充分的搜集和分析，对于相关工作的把控，获得了更加明确的方向，不会由此造成严重的安全事故。
所以，变频器和PLC的应用，不仅具有很强烈的必要性，同时还要从多个角度来出发。
1 变频器和PLC的优势分析随着时代的发展和科技的不断进步，变频器和PLC应运而生，并且对大型起重机产生了很大的推动作用。
从客观的角度来分析，大型起重机的控制工作，是行业内非常关注的内容，必须坚持采取科学、合理的方案来应对，这样才能在未来的发展中，不断的创造出较高的价值。
分析认为，变频器和PLC的优势，主要是集中在以下几个方面：第一，变频器和PLC的变频功能，能够在大型起重机的控制过程中，充分降低能耗，在不同的功能使用下，对相关的能耗做出差异性的对待，这对于大型起重机的运用效率、运用质量提升，都可以做出较多的保障，整体上不会出现严重的缺失和不足。
第二，在变频器和PLC的应用过程中，能够实现自动化控制的目标，从而促使大型起重机的控制，表現出更高的合理性，能够及时的发出警报和各方面的信息报告，为驾驶者的操作，提供充足的参考与指导。
2 变频器和PLC在大型起重机控制中的应用2.1 选择合适的变频器对于现阶段的大型起重机操作而言，其在变频器和PLC的帮助下，的确能够取得较好的操作效果，在很多方面都不会造成严重的问题。
抓斗起重机的电气化改造
３１ —
Ｐ Ｃ・ Ｌ 变频器 ・ 计算 机——基 于单片机和 电话 网的远程控 制系统 的设 计与实现
关键词 ： 抓斗起重机 ； Ｌ 变频 器 ； Ｐ Ｃ； 制动单元 ； 应用效果 中图分 类号 ：Ｈ １Ｔ ２ ５ Ｔ ２ ；Ｐ ０ 文献标识码 ： Ｂ 文章 编号 ：０ ４— ４ ０ ２ １ ）４—０ ３ — ｌ １０ ０ ２ （０ １ ０ ０ １ ０
１台 ５ｔ 桥式 抓斗起 重机 ， 跨度 为 ２ ． 抓 斗 的 ２ ５ｍ， 提升 、 开闭 由２台 ２ Ｗ 绕 线式异 步电动机驱 动 ， ２ｋ 小车 行 走机构 分别 由 ２台 ７ ５ｋ 绕线式 异步 电动 机驱动 。 ． Ｗ
斗 时电机工作 在反馈制 动状态 ， 转速 大于 同步转 速 ， 停
止时， 由于抓 斗的惯 性 和下 降速 度 太快 导致 停 止效 果
差， 容易 出事 故 。
１４７ ｒ 一 ． Ｔ ）× ｌ ０ （ Ｂ ０ ２ ｍ ｎ ，
２ 抓斗上升下 降、 闭的变频器控制 开
抓斗 由 ２台 电机控 制 ， 即抓斗 的开合 电机 ， 斗 的 抓 上 升下 降电机 。抓斗抓 物品时 ， 开合 电机 运转 ， 只有 提 升 时 ２台电机 都要 工作 ， 互之 间 需要 速度 配 合才 能 相
Ｐ Ｃ・ Ｌ 变频器 ・ 计算机——抓斗起重机 的电气化 改造
机床 电器 ２ １． ０ １４
抓 斗起 重 机 的 电气 化 改 造
段 树华 （ 湖南 铁 道职业 技 术学 院 ，１０ １ ４２０ ）
摘要： 桥式抓斗起重机 的电气控制 系统 由于长期工作 ， 障率高 ， 故 而且速度 调节性能 差 ， 动效果也 不理想 ， 制 若改 成 Ｐ Ｃ和变频器控制 ， Ｌ 调速系统使用 Ａ Ｂ的变频调整 器 ， 以更好 的调节 速度 ， 更好的制动 转矩 ， Ｂ 可 有 而且降低 了故障 率 ， 于维修 。 便
浅析西门子SINAMICSG120系列变频器及应用
浅析西门子 SINAMICS G120系列变频器及应用摘要：本文介绍了西门子G120系列变频器在南钢大棒厂Φ50～180mm在线倒棱机中的应用，阐述了装置的特点，外部接线端子的功能，简单的BOP面板操作，常用参数设置及基本调试方法。
关键词： G120变频器；倒棱机；参数设置；调试方法引言南钢大棒厂Φ50～180mm在线倒棱机PLC系统硬件由1套S7300主站、4个ET200M I/O分站组成，完成数据采集、顺序逻辑控制、全线设备的操作联锁控制。
其操作方式分为手动和自动，操作室采用工控机来对全线的工作状态和异常情况进行监控，工业PC机能显示各种主要参数。
变频器采用西门子G120系列工程型变频器，采用PROFINET网卡与PLC通讯。
现场台、柜、箱与主PLC采用远程I/O （ET200M）形式，两者之间通过PROFNETT网络连接。
与工控机的通讯接口为基于TCP/IP的以太网。
西门子G120 变频器在使用过程中具有简洁的操作版面、基本的操作性能、良好的控带性以及数据交换与监控的能力。
下面我将就西门子G120系列变频器进行简单的介绍及应用分析。
1.SINAMICS G120装置特点西门子变频器Sinamics G120系列具有强大的通讯功能，能和多个多个设备之间进行通讯，使用户可以方便的监控变频器的运行状态并修改参数。
西门子变频器Sinamics G120系列核心是控制单元，用户可以通过设定控制单元上的参数来实现变频器的正常运行。
西门子变频器Sinamics G120用途广泛，为用户提供了多种功能：1）使用灵活标准的模块设计，功率模块PM、控制单元CU和操作面板BOP 都是完全独立的单元，支持带电热插拔。
2）支持多种通讯功能可以通过PROFINET,PROFIBUS或PROFIDRIVE进行通讯，使得操作更加简单并减少了接口数量。
3）集成的安全保护功能利用此功能，使得它能更好的应用有安全保护的要求的设备和工厂中。
PLC控制抓斗起重机控制应用研究
PLC控制抓斗起重机控制应用研究作者：王文宝来源：《中国科技博览》2018年第35期[摘要]论文在详细分析抓斗起重机自动开闭斗的原理之后，提出了游动坐标法的原理及物理意义。
新的PLC控制系统利用绝对值编码器自动跟踪检测抓斗起升、开闭钢丝绳的长度差值，实现自动开闭、沉抓的功能。
论文研究具有明显的实用价值。
同时根据抓斗起重机实际运用中经常出现的故障，开发了故障显示功能。
[关键词]起重机、可编程控制器、变频器、中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0080-011.抓斗起重机的智能化控制概述抓斗起重机传统的电气控制回路是利用时间继电器、中间继电器实现其控制功能的，我们可以利用PLC具有的逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制等功能对起升机构、开闭机构、大车机构、小车机构进行智能化控制。
新系统控制性能优越，动作安全可靠。
现在新制造的起重机电气控制都用PLC来实现，已投入使用的起重机也逐渐改造成PLC来控制。
针对抓斗起重机的起升、开闭电机在运行中不能协调的问题，陈蕴基教授提出采取变频调速、PLC和上位机相结合的最优控制方案，使双电机达到自动同步，基本上能解决同步问题。
戴高祥高工针对四绳抓斗起重机操作难、效率低下、能耗高、故障多等问题，提出改变传统的双操作杆控制和较先进的时续控制方式，通过微机对抓斗升降、开闭钢丝绳长度比率自动跟踪检测，开发出四绳抓斗自动控制系统。
该自动控制系统具有操作简单可靠、效率高、能耗低、噪声小等一系列优越性能。
2.抓斗起重机控制系统中的PLC2.1 抓斗起重机智能化控制系统PLC的选型PLC选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下，尽量保证工作可靠，维护使用方便以及最佳的性价比。
本文以开关量控制为主，控制系统中包含了绝对值编码器，绝对值编码器的输出采用时钟同步串联输出（SSl）的通讯方式。
通过性能价格比的市场调研，我们选定了西门子公司的 SIMATIC57一300系列的PLC产品。
SINAMICS G120功能介绍
电机保护和变频器保护
- 过电流保护 - 过电压保护 - 过热保护
故障安全的指令源
- 故障安全的数字量输入 - PROFIsafe
安全功能
电机控制
-- VV//ff控控制制 -- 矢矢量量控控制制
M
状态
- 数字量输出 - 模拟量输出
- 现场总线
应用特色功能
- 制动 - 捕捉重启 - 自由功能块 - 设备保护 - 单位切换
OFF1
OFF1
设定值
取反后的设定值
OFF1
OFF1
两线制控制：方式 3
SINAMICS G120 常用功能——变频器控制
三线制控制：方式1 在这种控制方法中，第一个控制指令用于使能另外两个控制指令。取消使能后，电机关闭（ OFF1 ）。 第二个控制指令的上升沿将电机切换至正转。若电机处于未接通状态，则会接通电机（ ON ）。 第三个控制指令的上升沿将电机切换至反转。若电机处于未接通状态，则会接通电机（ ON ）。
SINAMICS G120功能介绍
SINAMICS G120 Drive
SINAMICS G120 功能介绍
设定值信号源
- 模拟量输入 - 现场总线
- 固定设定值 - 电动电位器
接 - JOG 口
指令源
设设定定值值预处处理理
--斜斜坡坡函函数数发发生生器器 --限限幅幅
工艺控制器
变频器控制
- 数字量输入 - 现场总线
设定值
指令被忽略
OFF1
取NAMICS G120 常用功能——变频器控制
三线制控制：方式2 在这种控制方法中，第一个控制指令用于使能另外两个控制指令。 取消使能后，电机关闭（ OFF1 ）。 第二个控制指令的上升沿接通电机（ ON ）。 第三个控制指令确定电机的旋转方向（换向）。
西门子变频器G120操作说明书
CU240SCU240S DPCU240S DP-F操作手册（简明版） 04.2009SINAMICSG120控制单元 CU240S操作手册（简明版）安装 1 调试（软件） 2 操作 3维修与维护 4说明该简明操作手册包含了变频器调试和操作故障处理/常见问题5需要的重要信息。
该简明操作手册可以作为一般应用的快速调试的指导。
如果需要更多的信息，可以参阅完全版的和，《操作手册》《参数表》这些手册目前可提供中文、英文和德文等不同的版本。
控制单元 CU240S操作手册（简明版） 3安全指导认证合格的人员为了保证您的人身安全，同时也防止对设备造成损坏，请您务必设备/系统的安装和使用须参照本手册。
设备/系统的调试和操作察看本手册所包含的提示。
本手册中涉及人身安全的提示都用安须由认证合格的人员完成。
在安全提示的约束下，本手册所指的全警示符号做了着重标注，仅与设备安全相关的提示没有加特殊“认证合格的人员”定义为经过安全培训并测试合格，得以授权的警示标志。
所有的提示按照危险的程度划分了以下的等级。
对设备、系统和电路进行调试、接线和标示的人员。
应用声明危险提请以下注意表示如果没有足够的注意，将导致死亡或者是严重的人身伤害。
警告本产品只能用于选型样本或技术描述中所指明的应用领警告域，并只能与西门子公司推荐和认可的其他厂商的器件表示如果没有足够的注意，可能会导致死亡或者是严重或设备连接使用。
为确保本产品的正确、可靠运行需要的人身伤害。
保证正确运输、保存、安装和装配，同时还需要正确的操作和精心的维护。
注意带有警示标志的“注意” 表示如果没有足够的注意，可商标能会导致轻微的人身伤害。
所有带有的名称都为西门子集团公司已经注册的商标。
本手册中其他的商标如果被第三方出于自己的目的进行使用，将可能造注意成对西门子的侵权。
不带警示标志的“注意”表示如果没有足够的注意，可能会导致设备的损坏。
不承担的义务我们已经审核了本手册的内容，以保证描述与硬件及软件的一致说明性。
SINAMICS G120功能介绍
SINAMICS G120 设定值信号源
模拟量输入设为设定值源 根据相连信号的类型 (± 10 V, 4 … 20 mA, …) 来调整该模拟量输入。
设定值
OFF1
指令被忽略
取反后的设定值
OFF1
三线制控制：方式 2
SINAMICS G120 常用功能——变频器控制
CDS0 CDS1
指令数据组（ CDS ）： 不同的变频器控制设置
SINAMICS G120 常用功能——变频器控制
切换变频器控制（指令数据组） 在某些应用中，变频器需要由不同的上级控制器操作。 示例：从自动模式切换至手动模式 可以选择通过由中央控制器的现场总线，或者通过开关柜现场接通 / 关闭电机以及修 改电机的转速。
电机保护和变频器保护
- 过电流保护 - 过电压保护 - 过热保护
故障安全的指令源
- 故障安全的数字量输入 - PROFIsafe
安全功能
电机控制
-- VV//ff控控制制 -- 矢矢量量控控制制
M
状态
- 数字量输出 - 模拟量输出
- 现场总线
应用特色功能
- 制动 - 捕捉重启 - 自由功能块 - 设备保护 - 单位切换
数字量输入共有5种方式控制变频器——三种两线制控制、两种三线制控制。 两线制控制是通过两个控制指令对变频器进行控制；三线制控制是通过三个控 制指令对变频器进行控制。
SINAMICS G120 常用功能——变频器控制
电机的动作
控制指令
典型应用
正转
g120变频器电机多段速控制
.第一章 绪论1.变频调控制系统定义变频调速控制系统：其包括依次电性连接的电网、第一电抗器、变频器整流器和逆变单元、马 达、抱闸、可编程控制器(PLC)；所述可编程控制器(PLC)另连接变频器，及连接在第一电抗器和电 网之间，所述马达连接升降机，所述变频调速控制系统 还设有能量回馈单元和第二电抗器，能量 回馈单元电性连接所述变频器，第二电抗器连接在能量回馈单元和电网之间；其可通过能量回馈单 元将施工升降机在向下运行电机再生制动时产生的多余能量回馈到电网上。
1.1 变频工作原理由电机学可知：异步电动机的转速为N=N0(1-S)=60f1/P(1-S)式中，N0 为异步电动机同步转速，f1 为定子供电频率，P 为电动机极对数，S 为转差率。
在一定条件下，转速和 f1、P、S 都有关系，所以改变电动机的供电频率 f1，就可以平滑的改变电动 机上同步转速以及电动机轴上的转速，从而实现异步电动机额无极调速，这就是变频调速基本原理。
..第二章 实验内容与相关参数1.实验目的1）收集使用 G120 组成变频调速系统所需要的资料。
2）设计 G120 组成环变频调速控制系统，并画出控制原理图和电路图。
3）完成系统的硬件组态和正确接线，用 G120 变频调速实训装置构建系统。
4）运用外部 DI 端子或调速软件，完成控制对象参数和控制信号的关联和输入（9 段速控制功能）。
5）通过 BOP 面板观察反馈数据，并记录。
6）研究电机参数优化与否对控制精度的影响。
2.系统结构图（九段速接线图）在使用二进制给定时，变频器最多支持 15 个速度，在从 0 速到 15 速的切换过程中，变频 器可能需要同时改变变频器多个 DI 的状态。
..上图所示，配置四个 DI 输入作为多段速信号源，除 0 速外，一共有 9 个段速。
升速操作时需要 从 0 速档依次增加到 9 速档，降速操作时，从 9 速档依次降低至 0 速档。
3.参数设置使用二进制方式多段速的相关参数设置如下：四位二进制码与格雷二进制码对照表P1070= 1024 P1008=750P1001= 90P1009=840P1002= 190 p1016=2P1003= 270 p1020=722.1P1004= 370 p1021=722.2P1005= 460 p1022=722.3P1006= 560 p1023=722.4P1007= 650 p0840=722.0十进制段速 1 2 3 4 5 6 7 8 9自然二进制码 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001格雷码 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101其中，格雷码中 4 个数字从左向右以此对应 DI4,DI3,DI2,DI1 这四个符号，而且在机器盒子中 这四个数字从左向右 S1,S2,S3,S4。
新一代西门子起重机电气控制系统
陈忆文（19-）男，湖南湘潭人，学士学位，电气工程师，现就职于西门子工厂自动化工程有限公司上海分公司起重机部门，从事电气设计与调试工作。
摘要：西门子在起重机的发展中逐渐形成了对起重机电气控制的一整套解决方案，本文介绍新一代的西门子起重机电气控制系统及其在桥吊中的的应用。
关键词：SIMOCRANE；桥吊；主从控制；起升系统；行走系统；轴；工艺Abstract: During the progress of cranes development, Siemens makes a series solutionto improve its capability. This paper introduces a new electrical control system of crane designed by Siemens and its application for STS.Key words: SIMOCARNE; STS; Master-slave control; Hoisting system; Moving system;Axes; Technology1 概述在经济全球一体化的时代，在生产规模不断扩大的时代，在物资转运越来越频繁的时代，起重机发挥着越来越重要的作用，对起重机的性能也提出了越来越高的要求。
在起重机的发展历程中，西门子一直是起重机电气控制系统的引领者和行业标准的制定者。
随着对起重机系统性能要求日益提高，西门子开发了一套全新的起重机电气控制系统—SIMOCRANE。
该系统沿袭了以往控制系统业已成熟的结构模式，主要由供电系统、起升系统、行走系统（小车机构，大车机构）等组成,但电气控制系统发生了较大的改进，由PLC+SIMOTION+drive控制模式代替了原来的PLC+drive控制模式，SIMOTION可以直接控制驱动器，且控制速度比PLC快了一个数量级，这使得驱动器可以更快速地跟踪控制命令，控制器也可以更实时地监视系统运行状态。
【变频】G120控制电机抱闸的连接方式
【变频】G120控制电机抱闸的连接方式G120抱闸功能：G120抱闸控制是变频器内部自带的专门用于控制电机抱闸逻辑功能，当驱动不激活时保持抱闸，用于防止驱动装置出现不希望的运动，例如位能性负载。
G120抱闸连接：抱闸连接有两种形式，一种是抱闸继电器连接控制；一种是CU控制单元DO连接控制。
抱闸继电器连接：使用抱闸继电器控制，有两种型号的制动继电器，技术数据如图1-1所示。
制动继电器对电机抱闸进行控制；安全制动继电器对电机抱闸控制，该方式只能控制24 V 电机抱闸，并监控短路或断线。
图1-1 制动继电器技术数据如图1-2、1-3所示，抱闸继电器是功率单元和电机抱闸线圈之间的接口，通过抱闸继电器自带的连接电缆将抱闸继电器和功率单元连在一起。
抱闸继电器可以安装在安装板上、控制柜柜壁上、变频器的屏蔽连接板上。
图1-2 制动继电器控制接线图图1-3 安全制动继电器控制接线图制动继电器连接接口：制动继电器的控制端子位于功率模块正面，如图1-4所示，在电缆进线位置中敷设用于制动继电器的成形电缆。
图1-4 制动继电器的控制端子位置控制单元DO连接：使用控制单元的DO数字量输出控制，通过数字量输出控制外部接触器或继电器，然后接触器或继电器的常开触点控制电机抱闸线圈，如图1-5所示。
数字量输出通过内部BICO互连到抱闸状态位r899.12或r52.12来完成变频器内部抱闸逻辑的输出，如图1-6所示。
图1-5 DO 数字量输出接线图图 1-6 DO数字量输出互连关于G120抱闸的更多内容，请通过以下链接进行访问：PM240-2手册：/cs/document/109756015/sinamics-g120-%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%A8%A1%E5%9D%97-pm240-2?dti=0&lc=zh-CNCU250S-2手册：/cs/document/109751315/sinamics-g120-%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%8D%95%E5%85%83-cu250s-2?dti=0&lc=zh-CNCU240B/E-2手册：/cs/document/109751314/sinamics-g120-%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%8D%95%E5%85%83-cu240b-2-cu240e-2?dti=0&lc=zh-CNG120抱闸视频：/service/elearning/cn/Course.aspx?CourseID=1578。
PLC在抓斗变频传动系统上的应用与优化设计
PLC在抓斗变频传动系统上的应用与优化设计
吴菊琴
【期刊名称】《工程建设与设计》
【年(卷),期】2017(000)018
【摘要】主要阐述PLC在抓斗变频传动系统上的应用与优化设计.针对升降机构和闭合机构难以协调配合的问题,通过PLC控制变频器使两电动机、两副钢丝绳出力均匀平衡,实现自动沉抓功能,降低了设备故障率和人工劳动强度,并可以大幅提高抓斗起重机的工作效率.
【总页数】3页(P214-215,220)
【作者】吴菊琴
【作者单位】银川能源学院,银川750105
【正文语种】中文
【中图分类】U653.929.+1
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西门子G120在抓斗起重机控制中的应用
摘要：本文结合紫金矿业集团珲春多金属有限公司的2台抓斗起重机项目，介绍了西门子G120变频调速系统在抓斗起重机中的控制方式、参数设置;并通过两台G120的主从控制模式，结合PLC的逻辑控制，实现了开闭和升降电机在满抓过程中的力矩平衡。
关键词：抓斗起重机;变频调速系统;PLC控制;参数设置;主从控制模式;力矩平衡
前言
起重机在工业生产中有广泛应用，用来实现物体在三维空间中的转运。
其中水平面上两个方向的运动分别由大、小车完成，称为行走系统;而垂直方向的运动则由起升机构负责。
大多数的起重机通过吊钩与被运物体相连，而当被运物体为粉状或小颗粒状时，则需要通过抓料斗，这就是抓斗起重机。
其中专门负责升、降运动的电机称为升降电机，另一台开闭电机除了负责抓斗的打开和闭合（放料和抓料）外，抓斗升降时，它还会同升降电机一起出力。
抓斗起重机的抓斗传动系统由开闭机构、升降机构两部分组成，通过钢丝绳与各自的滚筒联接，两者之间没有任何电气联锁，也无法加装合适的检测开关，在抓斗起重机运行过程中，满抓启升过程是技术关键，也是操作难点，在满抓启升过程中，抓斗升降、开闭电机容易出现受力不均匀的情况，需要起重机操作员靠经验点动调整抓斗升降及抓斗开闭钢丝绳的松紧度，并掌握抓斗提升电机投入运行的时机，如果抓斗开闭电机的钢丝绳太松，易造成抓斗料斗漏料;如果抓斗升降电机的钢丝绳太松，则开闭电动机单独受力过载，容易引起电机损坏或钢丝绳断裂。
此过程要求起重机操作员具有较强的操作经验和较高的操作技巧，而且需要操作员精神集中，劳动强度大。
本文根据实际项目介绍一种操作简单、安全可靠的控制方法来解决这一实际困难。
1.系统整体概述
抓斗桥式起重机主要由桥架、小车、运行机构、司机室、抓斗及电控设备等部分组成。
本项目起重机的起重重量16吨，起升高度19.5米，跨度31.5米，起升开闭速度4-40米/分钟，大车行走速度9.45-94.5米/分钟。
抓取的物料为精铜矿和石英砂，采用3.2立方米容量的抓斗。
大车由2台15kw的变频电机驱动，小车由2台4kw的变频电机驱动，开闭和起升机构各由一台75Kw的变频电机驱动;开闭升降变变频器配置分别由功率单元6SL3224-0BE38-
8UA0、控制单元6SL3246-0BA22-1BA0、控制面板6SL3255-0AA00-4CA1组成。
控制系统主要由PLC、变频器、联动操作台等组成。
PLC采集手柄控制器信号，经过程序进行逻辑判断，依据判断结果调节变频器的输出，来控制驱动电机的方向、转速。
在变频器分配方面，大车小车的变频器都采用一拖二的方式，即一台变频器同时驱动两台电机;开闭和起升各采用一台变频器进行矢量主从控制。
2.系统控制原理
大车小车分别设有正反向和三档速度可调，变频器采用V/F控制方式，速度调节为固定速度调节，通过司机室左边的操作手柄进行操作。
起升和开闭也分别设正反向和三档速度可调，起升设有转矩和速度切换控制，起升和开闭变频器采
用带变频器的矢量控制方式。
传统的满抓功能的实现，是开闭电机全速闭合，升降电机处于反接状态，同时转子又接入大电阻，由此产生的反向低力矩仅能拉紧支持绳。
实际上电阻器的计算比较粗略及选型及制造上的误差，力矩的给定值不能调整，因而造成现场满抓功能的实现困难。
为了实现自动满抓功能，在变频调速控制系统中，我们采用了西门子G120变频器系列的CU250S-2控制单元的主从控制功能结合PLC的逻辑控制功能。
我们把开闭电机作为主轴，起升电机作为从轴，为实现力矩平衡和满抓功能，从轴的力矩给定值通过PLC控制继电器在主轴的力矩实际值输出和PLC的给定值之间切换。
满抓操作时，操作员把主轴变频器打到三档闭合状态，抓斗快速闭合，此时PLC把从轴变频器转换到力矩工作模式，并把从轴的力矩值切换到由PLC的模拟量输出口给定。
PLC给定从轴一个向上的小力矩既能使升降钢丝绳保持张紧状态又能使钢丝绳不脱槽。
由于给定的力矩很小不足以维持不断增加的物料和抓斗自身重量抓斗会下降，在抓斗闭合过程中斗不断沉入料堆，使得抓取更多的物料，从而实现自动满抓功能。
抓斗完全闭合上升时，当PLC检测到开闭变频器AO1口输出的力矩值大于力矩平衡设定值时输出信号把升降变频器的力矩给定值切换到由开闭电机变频器AO0给定。
即升降变频器跟随开闭变频器的输出力矩，达到力矩平衡，而不需要靠起重机操作员凭经验来判断抓斗升降电机投入运行的时机，抓斗升降和开闭钢丝绳受力平均，使抓斗匀速上升。
而在满抓过程中，满抓启升过程时间短、抓料量稳定而且运行平稳没有冲击，既摆脱了对操作员经验的依赖，又降低了操作员的劳动强度，提高了工作质量。
开闭升降变频器的参数设定如下表一、表二：
表一：开闭变频器参数设定
表二：升降变频器参数设定
3.系统硬件设计
本系统硬件由西门子314CPU、西门子G120变频器、操作手柄、继电器等组成。
3.1变频器控制
PLC的逻辑输出通过继电器隔离连接到变频器的输入点控制变频器的启停、调速、转矩/速度切换。
开闭变频器的模拟量输出AO0通道与升降变频器模拟量输入AI0通道实现主从连接;开闭变频器的AO1通道信号输入到PLC的模拟量模块，通过PLC程序处理转变为转矩限幅后由PLC的模拟量模块通道输出给定到升降变频器的AI1通道。
图一：升降变频器控制原理图
图二：开闭变频器控制原理图
3.2 PLC硬件配置
PLC的数字量输入点有操作手柄的信号，数字量输出点有变频器的方向和速度切换，模拟量输入输出点分别是主轴力矩实际值和从轴力矩给定值。
PLC 选用西门子的S7-314C PN/DP，并分别选了一个数字量输入输出模块做系统的连锁控制。
PLC的硬件配置图如下：
图三：PLC硬件组态图
4.结束语
2台抓斗起重机在珲春多金属有限公司的安装调试运行以来，设备一直稳定可靠，与普通抓斗起重机相比具有对机械设备冲击小，调速平稳，大大降低操作员的劳动强度和操作难度，减少了岗位对操作经验的依赖，并具有维修维护简单，维修费用低的特点。
作者简介：
欧阳伦云（1974—），男，湖南省洞口县人，湖南株洲天桥起重机股份有限公司，电气工程师，学士，起重机械的电气设计、研发、项目管理及参与等工作。