6ES7223-1PM22-0XA8诚信交易

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啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节，特别是对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要。早期，由于人们对发酵机理认识不深，再加上采用控制器的限制，对发酵采取自动控制未能成功。随着人们对发酵机理的逐步认识，并随着性高、能经受恶劣环境器件的引用，对发酵采用自动控制逐渐成功。
系列产品，设计开发了发酵控制系统，并已成功地应用于我公司现场。经实际运行，该系统技术性能优良，运行稳定，操作直观方便，对发酵控制成功。
1、 控制系统的组成与功能
根据啤酒发酵工艺，我们在发酵罐的上、中、下三段各设了冷却盘管，管内的冷媒采用酒精溶液，通过控制阀门的开启来控制发酵温度。其生产过程流程图如图1所示。

本系统上位机配置1台586微型计算机和1台打印机。下位机采用西门子S7-300可编程控制器，通过Profibus-DP总线接口与上位机相连，构成整个监控系统，其组成结构图2所示。

① 对每个发酵罐的上、中、下3个测量点的温度进行检测，实现自动控制，罐内实行压力检测。整个发酵过程按照发酵机理，根据主酵→双己酰还原→冷却→酵母回收→后贮的阶段，分别设定曲线进行控制，并采用滞后预估等控制方法，使系统控制精度符合工艺要求。
② 上位计算机可以动态显示每个发酵罐的工艺流程，即温度、压力、进酒时间、酒龄及限声光报警等，以便对发酵罐进行宏观管理，并具有阀门的开关状态显示，阀门的手自动控制，实时报表打印等功能。
③ 能监视每个发酵罐的温度、压力周期曲线，当累积酒龄达到时，自动出信号，以便人工确定是否执行下步操作。
根据工艺要求设有操作员、工艺操作员及总工三级密码，并对各工艺参数进行保存及报表处理功能。保证了系统，强化了生产管理，为经济责任制的考核提供了依据。
啤酒发酵是内部机理复杂的生化反应。其反应时间长，惯性大，不易控制，尤其是发酵罐三点温度控制是关联的，相互影响。我们从整体考虑，采用预估，时间PID以及模糊控制方式，按照设定的工艺控制曲线进行监测控制。
主酵阶段的自支控制程序
当冷却的麦汁和酵母进入发酵罐后，就开始进入主酵阶段。由于发酵是入热反应，温度升高，产生大量的CO2，使发酵液产生强大的对流。在控制上应t上　　在双己酰还原联阶段，由于主酵完成，只是在等待双己酰指标符合要求后进行降温，此时要抑制发酵液的对流。在控制上要保持罐内温度均衡，即t上=t中=t下。
2.3 冷却排酵母阶段控制程序
一旦双己酰符合工艺指标要求，就可对发酵液进行冷却，使酵母沉淀。为了加快酵母的沉淀，应使罐内上面热，下面冷，酵母不上翻，即温度控制满足t上> t中>t下。这样控制冷却阀门开启的顺序为TV上→TV中→TV下。
2.4 后贮阶段的控制程序
当酒酒液冷却至-0.5℃左右时进入后贮阶段。在这个阶段要使温度尽量均衡，且使罐内上中下温度为t上=t中>t下。这主要是为了避免温度回升，以免下面温度中上部温度，引起酒液对流，使酵母溶于酒液中，影响产品质量，也给滤酒增加困难。另外，低温贮酒时应控制阀门的开启时间，不宜太长，以免结冰。
3、 结束语
该控制系统在现场运行了两年多时间，实践证明设计合理，性能，组成系统灵活方便，控制品质好，满足工艺要求，提高了装置的自动化控制水平，也大大减轻了员工的劳动强度，给我公司带来显著的经济效益

CTSC-200 PLC及其文本显示器对新风机组监控如下：

可在文本显示器TD2X上起停风机电机及查看其工作状态
测量风机出口空气温湿度参数，以了解机组是否将新风处理到要求的状态
测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要换
检查新风阀状况，以确定其是否打开
控制空气--水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值
控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值
保护管网，冬天防冻，自动停止风机，同时关闭新风阀门
对冷水机组的监控：
压缩机启停控制及状态监视
冷热水泵起停
蒸发器进出口温度
冷凝器进出口温度
压缩机进排气压力温度
油泵出口压力
冷凝器水流开关控制
蒸发器水流开关控制

三、TrustPLC CTSC-200 NTC扩展模块在系统中的应用
TrustPLC CTSC-200系列PLC特有的NTC混合输入扩展模块型号EM231 NTC，模块集成了四路模拟量采集通道，其中两路为温度传感器信号输入，用于直接连接NTC热敏电阻或PT100热电阻，另两路为电压电流型输入，用于连接压力传感器信号，特别适合与单机头空调系统的控制需求，使用NTC混合输入扩展模块的空调控制系统不再需要额外的NTC变送器，采样加准确、稳定，又大大节省整体方案成本。

四、Copanel TD2X文本显示器在系统中的应用
系统上电后，TD2X进入欢迎使用画面，操作菜单分级显示，菜单包括系统运行状态、系统运行控制、系统参数显示、PID参数修改、电动阀开度调节。室内机组有两种控制方式，可以单控制，也可以。当故障发生时，故障报警信息也通过TD2X来显示，直到故障得到确认和恢复。
Copanle TD2X是可编程控制器TrustPLC CTSC-200小型PLC系统的文本显示和操作界面，可在TrustPLC CTSC-200 PLC的编程软件中进行组态，使用非常方便。
TD2X可根据CPU内部的逻辑条件显示信息。在信息中也可内嵌数据，数据既可以显示，也可以由操作人员进行设置。也可以使用TD2X设置CPU实时时钟，访问CPU内存变量，或对开关量输入/输出进行强制。TD2X可以设置密码，以限制对设备的操作。TD2X还可以显示多达80条消息。

五、总结
在小型空调中使用TrustPLC CTSC-200可编程控制器及其文本显示器Copanel TD2X来做为小型空调监控系统的控制硬件，不仅降低空调成本，而且具有如下优异的系统功能：
多种控制方式，可以通过文本显示器TD2X实现多个室内机组或立控制。
监测各机组出回风温度及各机组运行状态。
可通过TD2X设置空调运行参数。
自检反馈和报警功能。
冷水自动控制温度调节，可随意调节各房间的温度。
可根据日历表规划和时区设置自动启动。
参数设置带有密码保护。
NTC传感器直接接入控制系统，额外变送器，大大解决整体方案成本，且采样准确、稳定 。

1前言

以往化纤生产设备来说，现在的设计思想中越来越多的引入了“柔性生产”这一概念，柔性生产线具有配置简单，自动化程度高，可程序化和重新配置的优点，而被广大用户所采用。

在化纤柔性生产线中，挤出机是整个设备的重要部分，而后续各卷绕部分的速度同步才是整个系统的关键。系统中多电机速度同步精度的高低，直接影响着化纤丝成品的质量。

在以前的此类生产线中，大多数采用在各辊上安装现场操作箱，根据实际情况人为调整速度的方法进行控制。这种方案存在如下缺点：（1）不便于数据的集中管理；（2）需要根据各个速度，手工计算牵伸比；（3）实际速度不满足要求，需要再循环跑到各个区域去调节，操作非常麻烦；（4）废品率偏高。

针对上述问题，此次设计中，在理念上采用集中控制与分散控制相结合的方式，将触摸屏与PLC作为控制的。触摸屏设置配方数据，PLC直接计算牵伸比，通讯控制变频器速度。集中的操控人机界面，并在各辊上安装现场操作箱，既能在触摸屏上进行所有的控制，又能在现场进行整个系统的操作。

通讯的应用是现代工业发展的一大主题，用通讯方式设计的系统结构简单，运行，能有效的避免硬件故障带来的整个系统的损失。

2系统简介

工艺流程如图1所示。

图1 化纤柔性生产线流程图

化纤柔性生产线是化纤丝生产中的一种重要的生产线，它的结构包括挤出机，计量泵，分丝盘，水箱，牵伸辊机（包括加热和不加热），导轮，冷却箱，力矩辊机和收丝机。在加工时，将化纤颗粒放入挤出机漏斗，经过挤出机加热挤出并在分丝盘将化纤溶体分成几百束的初级化纤丝后经水冷却，然后将化纤丝几十根为一把经过导轮缠绕在各牵伸辊机上逐级拉伸后变成很细的化纤丝成品卷绕在收线盘上。从初的化纤丝到成品之间化纤丝的初细就靠各辊机运行速度的逐渐加快来确定，具体的快慢由牵伸比设定，不同的产品牵伸比不同。

本系统在设计时充分考虑了操作的简易性，只需要设定其中的主速度，通过牵伸比就可以把各级的速度分别计算出来，在调节速度时，各级的牵伸比也会自动计算出来，并进行自动保存。

现场操作时，在各级上有一现场操作箱，可以进行速度同升同降，单启动、停止，联动启动、停止和紧急停止功能，另外在4热七辊机和8热五辊机的两个操作箱上还装有两个线速表，用以显示当前的线速度，便于现场调节。集中监控时，将控制柜上的选择开关拨到触摸屏端，即可用触摸屏进行启停操作，但不管集中控制还分散控制，都可在触摸屏上设定数据和显示当前频率和电流。

3硬件设计

本系统主要由触摸屏、PLC、变频器、测速编码器以及其它一些辅助元器件组成。整个系统通过通讯进行，结构简单，操作方便，运行。PLC采用艾默生公司的EC20-3232BRA主控制模块，外带一个16点的EC20-1600ENN输入扩展模块。

EC20 PLC是艾默生小型PLC的端产品，它具有高性、高响应性，强劲的通讯功能，丰富的指令集等，其中程序容量可达到12K步，而基本指令时间才0.09μs。它的板件经过了严格的三防处理，工作电压AC85~280V，具有的抗干扰性，是系统稳定运行的保证。重要的是它自带了一个RS485/RS232的通讯接口，有丰富的通讯指令，使得和外部设备通讯变得为简洁方便。

由于各牵伸辊机对速度要求非常高，所以各牵伸辊机的变频器均采用艾默生TD3000系列，一共使用了7台TD3000变频器，并且3五辊机、4热七辊机、6热七辊机、8热五辊机、9热七辊机和11七辊机都增加测速编码器以保设备对速度精度的要求。12收线机由于设备对速度要求不是那么严格，所以采用了不带测速编码器的TD3000变频器。

TD3000变频器是艾默生公司的矢量控制型变频器，可以加测速编码器组成速度闭环控制，能实现转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行。具有自动调谐、零伺服控制、速度控制和转矩控制在线切换、编码器断线检测、能进行参数考贝等多种功能，并有RS485自由通讯接口，可以满足系统的要求。计量泵采用的是两台艾默生EV1000通用型变频器。

监控人机界面采用10.4寸触摸屏，进行数据显示和设定，直观。

在整个系统中，PLC是控制，它可以立完成整个控制过程，在触摸屏发生故障时，仍然可以通过现场操作箱进行控制而不影响整个系统的运行。

1、引言

啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤、包装等几道工序。啤酒灌装、压盖机部分属于包装工序。啤酒经膜过滤后由管路送入回转酒缸，再经酒阀进入瓶子中，压盖后获得瓶装啤酒。啤酒灌装、压盖机的工作效率和自动化程度的高低直接影响啤酒的日产量。
为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械高速灌装的要求，国内各啤酒生产厂家都在积寻求或改造本单位的啤酒灌装生产设备，使其成为具有良好的使用性能，的技术水平及高生产效率、运行稳妥、维护的啤酒现代化灌装机。

2、啤酒灌装、压盖机工作原理和控制部分构成

液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。啤酒灌装、压盖机采用压力灌装方法，是在大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力瓶中的压力，啤酒液体靠压差流入瓶内。

目前国内外实现灌装工艺路线基本上是:利用回转酒缸产生的旋动，使安放在酒缸槽位上的空瓶通过机械机构将固定在酒缸上部的欲抽真空阀打开，对已封好的瓶子进行抽真空处理，拨转外操作阀杆，打开气阀，对瓶内充填CO2气体，抽真空凸轮继续打开真空阀，将瓶内空气与CO2混合气体抽出，气阀再次打开，对瓶内充填CO2气体，灌装阀内的液阀在瓶内压力接近背压气体压力时打开，酒液顺瓶壁注入瓶内，通过气动或电动控制灌装阀实现啤酒的灌装。

当今的啤酒灌装、压盖机的控制系统主要由光电开关位置检测部分、走瓶带、酒缸转速的变频调速部分、主控由可编程控制器、触摸屏等组成。灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。

3、控制部分改造方案

国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，PLC控制器大都为日本 OMRON公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制系统运行的性低，设备正常运行等现象。

以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了PLC的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的PLC控制系统。这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。

3.1系统硬件配置

使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替换原系统使用的2台OMRON公司的C60PPLC，原系统的PLC由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部I/O输入点时，扩展模块备件较难寻。FX2N128MRPLC是集成128点I/O的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱FX系列中功能的小型控制器。

（1）采用三菱公司的900系列的970GOT人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。970GOTHMI为高亮度的 16色显，通过汇流连接和FX2N128MRPLC的CPU直接连接，实现快速回应。具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控（故障查找）功能、系统监控功能等用来查找故障和维护PLC系统。
（2）灌装、压盖机的变频器在改造中没有换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，因此选择电容式的接近开关，根据PLCI/O端子的接线方式，选择PNP型的接近开关。

3.2系统程序设计

PLC控制器的程序设计和是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱PLC位左移指令，驱动执行条件输入每一次由OFF-ON变化时，执行N2位移动，N2为移动的位数。
（1）瓶位移位子程序
413LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点
414PLSM49;主电机转速测量输入点取上升沿微分后的位M49
416PLFM301;主电机转速测量输入点取下降沿微分后的位M301
418LDIM590;进瓶个数检测
419ANIX005;连锁保护点
420ANIX006;紧急停车保护
421OUTM50;进瓶瓶位是否有瓶检测
422LDM49;主电机转速测量输入点
423SFTLM50M500K60K1
瓶位移位检测

采用PLC位左移指令，这条指令是整个子控制程序的之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为M500～M559，单元个数用个字母K设置为K60，每次变化一位用二个字母K设置为K1，M50 反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后，停止搅拌瓶盖的电机的运行，检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。
432LDX052

出瓶位

回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后，可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶，这就需要出爆瓶瓶子的位置，在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀，喷出压缩空气，将瓶位上的碎瓶片吹离位置，在连续吹扫几个瓶位后，在打开喷射电磁阀，喷射出高压水注，在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。
（2）实现爆瓶检测、控制的步进控制
482LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点
483PLSM49;主电机转速测量输入点取上升沿微分后的位M49
485PLFM309;主电机转速测量输入点取下降沿微分后的位M309
486LDIM70;破瓶位置检测
487ANIM071;连续破瓶位置检测
488ANIX052;进瓶位置
489SFTLM52M600K20K1

破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这20个破瓶位的单元为 M600～M619，单元个数用个字母K设置为K20，每次变化一位用二个字母K设置为K1，M52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。
系统自动化运行的就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确电机转速开关、破瓶开关和进瓶检测开关三个条件。

（3）970GOT人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的GTWORKS软件包，其中GTDesigner是一个用与整个GOT9000系列的绘图套装软件。该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并调试，完毕后下载至人机操作终端机。同时，因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上，方便操作。还可并以增加一些功能，如设置报警信息等。

4、改造后控制系统功能

系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和保护等动作的协调联锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。

5、控制系统检测状态的监控功能

进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有PLC采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使 PLC产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。

在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二管的亮和灭通过调整位移距离只有 5～8mm的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。

针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位检测。

在人机触摸屏的界面分页显示屏上，可以分别时时动态显示60个瓶位的状态和爆瓶时的瓶位状态，有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。

在需要修正检测开关和小铁片的位置时，可以在正常生产的条件下，不停机，由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态，就可以在线调整，并马上看到调整后的效果。在日常维修中，也可以用它作为状态监控设备，观察输出设备的运转状况。
增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专门设计的。

6、结束语

改造后的控制系统大大地简化了复杂的机械结构，经现场运行情况和控制效果检验，系统的自动化程度达到了设计要求，大大减少了操作人员的劳动强度，使啤酒灌状的日产量比过去提高30%以上，故障率大大减低。体现了现代设备的自动控制技术。是在消化、吸收当今工业控制的技术的基础上加以、研制而成的目前国内技术的灌装控制系统。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二控制器件选型

为达到控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：

1.步进电机及其驱动器

机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双恒相电流驱动，大3A的8种输出电流可选，大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的1、2、3三位可组合出不同的状态。

2.伺服电机及其驱动器

机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMAZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线)；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz；定位调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增

益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA3A1A，适用于小惯量电动机。

3.直流电机

可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。

4.旋转编码器

在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的定位。

5. PLC的选型

根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。

桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，每天使用频繁，工作量很大。PLC应用在桥式起重机变频调速电力拖动系统上，简化电气控制系统。本文介绍PLC系统控制工作原理、PLC选用、控制系统的逻辑控制功能及过程、控制要点、使用情况。桥式起重机电力拖动系统变频器通过可编程控制器进行无触点控制，使设备运行准确，满足运料工艺要求。

关键字：桥式起重机；PLC；变频器；应用

1 概述

抓斗式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，我厂输煤系统现有多台抓斗式起重机，工作量很大，使用频繁。抓斗式起重机电力拖动系统多采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器、接触器控制，故障，维修工作量大，给正常生产,日常维护带来许多不便等问题。随着电子技术的飞快发展和应用,将PLC应用在抓斗式起重机变频调速控制电气控制系统上,使抓斗式起重机的抓斗升降、开闭、小车和大车的运行实现无级调速，从而大大提高性和性。

2系统构成

桥式起重机的变频调速电力拖动控制系统主要由主令控制器、PLC和变频器及制度动单元等组成。由主令控制器通过PLC来控制变频器工作，其次再由变频器拖动吊钩升降机构传动系统、吊钩开闭机构传动系统、小车运行机构传动系统、大车运行机构传动系统等部分，完成原料的运送整个生产过程。

3系统控制工作原理

在司机操作室联动台别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、、打开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动打开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器，使制动器动作。控制变频器内部保护功能有：短路、过压、缺相、失压、过流、速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。

4 PLC控制器的选择

PLC选用日本欧母龙CPM2AE—60CDR-A型PLC来实现整个系统的逻辑控制，电气设备的工作由可编程控制器PLC控制，接线简化，电源功率损耗减少；设置回路故障诊断和有效的电气保护功能使电气系统具有、一定的智能性和高的性。

5 控制系统的逻辑控制功能及过程

桥式起重机变频调速电力拖动系统PLC逻辑控制梯形图如图2所示。

5.1.逻辑控制功能主要功能：

（1）.变频器运行、停止控制。

（2）.控制制动器，保证电动机停止时能够及时制动，既不提前，也不延后。

（3）.升降变频器控制方式切换。

（4）.电气闭锁保护控制。

（5）.升降、开闭变频器中任意一台变频器报故障时，两台变频器均能够立即停止输出。并同时制动。

吊钩升降、开闭机构电气拖动系统：吊钩升降、开闭机构拖动系统各有一台电机，由于吊钩升降、开闭机构拖动系统电机是同时工作，因此两套机构不能共用一套变频器。在司机操作室联动台别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器Ks、Kf。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器Ks、Kf给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、、打开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动打开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器Cs、Cf，使制动器动作。变频器内部保护功能有：短路、过压、缺相、失压、过流、速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。吊钩升降、开闭机构除了变频器内部有保护功能外，线路还设置了下列保护：①.零位保护：由主令控制器零位触点实现；②.限位保护：由高度限制器实现；③.线路设有低压断路器作为短路保护。

大车、小车运行机构电气拖动系统：大车、小车运行机构分别由一台变频电机驱动，系统控制方法与起升机构电气传动系统类似。
6控制系统的控制要点

桥式起重机拖动系统的控制包括:大车的左、右行及速度档；小车的前、后行及速度档；吊钩的升、降，开、闭及速度档等，抓斗式起重机拖动系统变频器控制回路电气原理图见图3。这些都可以通过变频器可编程控制器进行无触点控制

抓斗式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制，在电磁制动器抱住之前和松开后的瞬间，易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩。

（1）起吊重物停住控制要点：通过设定停止起始频率，和维持时间(应大于制动电磁铁抱闸时间0.6s)，当变频器的工作频率下降到时,变频器输出一个“频率到达信号”,发出制动电磁铁断电指令，此时维持，随后变频器工作频率降为0。

（2）起吊重物升降控制要点：设定“升降起始频率和“检测电流时间，当变频器达到的同时，变频器开始检测电流，确认电流足够大，产生的力矩能抵消下降力矩时发出松开指令，使制动电磁铁开始通电松开抱闸，应大于电磁铁松开时间。

（3）自动转矩提升设置：在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性，提高启动转矩；提高零频电压可以加大直流强励磁，可以使电机保持足够大的转矩防止溜钩。

（4）吊车使用完毕后，应将主令控制器放置零位，30秒后按下停止按钮，断开主电源，关闭风机及照明电源开关，确认断电后，锁好操作室门方可离开。

7总结

运用PLC对电气控制回路进行改造，可以充分发挥PLC性高，电气控制线路简单，故障容易查找的优点。桥式起重机电力拖动系统变频器通过可编程控制器进行无触点控制，使设备运行准确，满足运料工艺要求。

1、设置有关密码和保护级别

系统程序要设置有关密码或保护级别，防止因误操作或被人为改动而被破坏。

2、建立维护和定期保养的规章制度，完善岗位责任制巡回检查制度

包括建立系统设备档案（如设备一览表、系统资料、程序清单和竣工图等）采用统一的记录格式来记录系统的运行状况、故障现象和维修情况等。

3、定期清洁措施

应根据不同的应用地点、场所，定期清洁措施。如定期清洁和换机柜的空气过滤网，确保机柜空气洁净和通畅，防止大量粉尘物积在处理器和I/O模块上。清洁时要注意，不要证污物掉入系统模块内造成模块损坏和引起系统停机。

4、定期检查

定期检查结合生产开停装置进行。

（1）PLC系统的检查。检查PLC的工作环境，包括供电、环境，检查系统所有模块的运行状态、锂电池的使用状态等。

（2）连接电缆的检查。检查是否连接牢固，连接处是否氧化严重，对有问题的地方进行处理。

（3）中间继电器是否有振动松脱。一次元件根据其技术参数进行定期校验和检查，确保输入准确和输出信号执行顺畅。

（4）接地和接地电阻检查。

（5）对系统的用户程序进行备份。

（6）长期处于运行状态（或长周期运行）的系统，在一定的时间间隔（如1年）进行的检查，有条件的可以做点检处理

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