500T/h 桥式卸船机电气控制系统《方案说明书》2006年11月1 总则 (3)2 标准规范 (3)3 电气系统设计原则 (3)3.1 高效安全的自动运行功能设计 (3)3.2 可靠的测量与保护手段 (4)3.3 控制系统的基本功能 (4)4 电气系统主要控制功能描述 (5)4．1操作站功能与选择 (5)4．2操作模式 (6)4．3运行机构的通用逻辑控制功能 (6)4．4支持、开闭电机的起停顺序 (7)4．4．1支持、开闭电机的起停顺序 (7)4．4．2检测元件 (8)4．5小车机构运行控制 (8)4．6变幅机构运行控制 (9)4．7大车电机运行控制 (9)4．7．1检测元件 (9)4．8自动抓斗控制 (10)4．8．1抓斗初始化 (10)4．8．2自动开闭斗 (10)4．8．3位置同步 (10)4．8．4负载平衡 (11)4．8．5最大抓取量控制（深挖） (11)4．9半自动工作流程 (11)4．10急停操作 (12)4．11超速保护与超速复位按钮 (12)4．12故障蜂鸣器（位于联动台上） (12)4．13故障确认/故障复位/故障指示灯 (12)4．14位置编码器校正 (13)1 总则本方案适用于桥式卸船机电气设备技术要求，符合原《技术规格书》，原则上不改动电控系统的硬件结构，尽最大的可能满足业主的要求。
2 标准规范卸船机的设计、制造、安装和调试全部符合中华人民共和国国家标准及有关国际标准。
提供的图纸和文件均采用中文书写。
IEC 国际电工委员会标准；GBJ232 电气装置安装工程施工及验收规范；GB1497 低压电器基本标准；3 电气系统设计原则3.1 高效安全的自动运行功能设计系统基于国际先进且成熟可靠的系统设计，提供如下高效安全的自动运行功能：»抓斗自动开闭斗控制，实现软开斗及闭斗，消除手动开闭斗对电机和机械的冲击»抓斗自动深挖控制，实现最大抓取量控制，提高每次抓取物料的效率»最优半自动运行控制，自动实时构造半自动运行曲线，安全，高效»静态卸料和甩斗卸料方式选择，满足高效装卸不同状态物料的要求，提高卸料效率»位置同步控制，保证起升、开闭机构同步升降»负载力矩平衡控制，保证起升、开闭机构出力均衡，并有效防止洒料»精确定位控制，卸料不撒出料斗»自动防摇控制，根据随动控制理论和动力学分析建模，精确控制抓斗摇摆，保证机械安全及精确定位»变幅及其挂钩全自动联动，效率高，避免人工误操作可能产生的危害3.2 可靠的测量与保护手段采用德国施迈赛公司的专用高精度凸轮限位开关，具有重复定位精确，调整方便，安装检修容易等特点。
各机构除具备重点停止限位和预减速限位外，还有最后的超程保护限位，以及由编码器测量构成的软限位保护，确保了机构的极限位置的安全性。
原设计中起升与小车的位置测量是利用安装在卷筒末端的绝对值编码器检测。
设计原理正确，但在实际适用中经常损坏，由于其安装位置特殊不方便维修，且易受到干扰，为了彻底解决此问题，在系统位置检测整改为直接对安装在电机轴编码器的脉冲进行计数。
采用编码器测量卷筒钢丝绳的绳差、抓斗的高度、小车的位置，计数可靠，精度高，并有基准矫正点消除误差。
3.3 控制系统的基本功能◇ 一般控制、连锁和监视辅助驱动设备（制动器、风机等）通过硬件限位开关对编码器进行复位俯仰就地操作箱，机房操作箱◇ 起升/开闭机构的驱动带有电流限制的速度控制加速、减速斜坡控制抓斗控制点动控制速度/电流监视一些其他监控信号◇ 小车机构的驱动带有电流限制的速度控制加速、减速斜坡控制点动控制速度/电流监视设置值/实际值的监控一些其他监控信号◇ 俯仰机构的驱动通过起动/停止按钮进行手动/自动操作功能带有电流限制的速度控制加速、减速斜坡控制点动控制速度/电流监视设置值/实际值的监控一些其他监控信号◇ 大车机构的驱动带有电流限制的速度控制加速、减速斜坡控制通过缓冲器、电缆卷筒的紧停控制速度/电流监视设置值/实际值的监控一些其他监控信号◇ 司机室的驱动4．电气系统主要控制功能描述4．1操作站功能与选择每次仅允许一个操作站取得控制权，按某操作站的“控制合”按钮后，可以使该操作站取得控制权，可以操作该操作站允许操作的运行机构。
当在一个操作站已拥有控制权时，若要选择其它操作站，应先取消该操作站的控制权，可按任意操作站的“控制分”按钮中断当前的有效操作站，然后可按某操作站的“控制合”按钮，选择该操作站为有效控制站。
当一个操作站有效时，该操作站“控制合”按钮指示灯亮，其它操作站“控制合”按钮指示灯闪烁，当没有操作站有效时，操作站“控制合”按钮指示灯熄灭。
系统具有零位保护功能，当主零控制器不在零位时，操作站选择无效。
1．司机室联动台可以操作起升机构、开闭机构、小车机构、大车机构、司机室。
这是正常作业时有效的操作站。
2．机房操作站可以低速操作单个电机/单个卷筒。
3．变幅操作站可以自动/手动操作变幅俯仰及挂钩动作4．辅机操作站可以就地操作皮带机等辅助设备5．大车就地操作站可以就地低速操作大车4．2操作模式操作模式选择只有在司机室操作站取得控制权时，方可进行的操作，共有以下几种操作模式可供选择：1．抓斗模式：正常卸船操作的模式2．支持＋开闭模式：起升两个机构同时运行的模式；3．支持模式：仅支持单个电机运行；4．开闭模式：仅开闭单个电机运行。
4．3运行机构的通用逻辑控制功能运行机构指主起升支持机、开闭机、小车及大车机构，这些机构的动作都受到PLC的控制。
操作者通过主指令控制器给出运动方向合速度指令，由PLC处理过后送到变频器：┄PLC根据吊车系统的当前状态来确定用户的指令是否有效；┄如果指令有效（无故障，并且工作模式正确），PLC向变频器发出启动命令；┄对起升机构将进行开闸前的预加力矩控制，防止重物在开闸的短时间内下沉；┄预加力矩到达后，打开制动器，制动器打开信号反馈给PLC和变频器，这时速度斜坡指令开始工作，马达运转；┄马达运动以后如有故障出现，PLC将会进行停车过程处理，该过程取决于出现的故障的严重性，该故障亦将显示在司机室触摸屏上。
┄PLC记录故障后，操作者可以按“复位”按钮清除故障，并再按下“合闸”使机构重新上电。
┄当操作者取消运动指令（主令回零），机构将进行电气制动，在制动器关闭前，PLC的速度指令将按斜坡逐渐变为0。
4．4支持、开闭电机的起停顺序起升、开闭机构各由一台电机驱动，每台电机由一台变频器控制，采用闭环控制。
主回路设置电抗器消除干扰，并有快速熔丝保护功率元件。
4．4．1支持、开闭电机的起停顺序在松开抱闸和开始提升传动电机之前确认传动链能够产生转矩，机械抱闸没有打滑，应进行转矩验证，在机械抱闸打开前给一个正的转矩给定进行的（电机应不转动）。
如果转矩验证成功，则表示转矩达到了正确的等级，允许松开抱闸，开始启动逻辑。
打开机械制动器前应向起升电机施加提升力，以防止重物下沉，接收到制动器打开信号后速度开始建立，以斜坡加速。
在停机时一般采取电气制动方式，电气制动可以提供可控的和平滑的制动性能，机械制动在传动装置故障时和停机以后采用。
电气制动方式有两种：快速电气制动，正常斜坡电气制动。
在采用电气制动使电机降到零速之后，立即对起升电机施加向下的力矩，同时发出关闭机械制动器的命令，在接收到制动器已关闭的信号后经历短暂的延时后再取消提升力矩。
4．4．2检测元件在电机的高速轴安装一个脉冲编码器，做位置测量和变频器闭环控制的反馈。
起升和开闭机构各设以下限位信号：上升超程限位上升停车限位上升减速限位编码器信号效验开关下降减速限位下降停车限位其中：超程限位应是独立的开关，单独安装。
该开关如果动作，将激发严重故障处理程序，并切断桥机总电源。
它用作停车限位开关故障时的终极保护，需人工干预才能消除。
停车限位是正常的终点限位。
编码器效验开关安装在主起升机构全部行程的中间位置，用于检测位置计数器的误差。
每个主提升机构卷筒各安装一套凸轮限位开关。
4．5小车机构运行控制小车机构由一台马达驱动，由一个变频器控制，采用闭环控制方式。
小车正常停车时，通过电气制动，电机速度平稳降至接近零速，变频器锁定电机转子，然后进行机械无磨损抱闸。
小车机构共设以下限位信号：1．前行超程停车限位2．前行停车限位3．前行减速限位4．编码器信号效验开关6．后行停车限位7．后行超程停车限位其中：超程停车限位是小车行程的终点限位。
减速限位的作用：机构沿某方向运行时，减速限位动作后机构的运行速度限制在请求速度的20％，直到到达停车限位为止。
但反方向运行不受此限制。
4．6变幅机构运行控制变幅与小车共用一个变频器，按先来先用的原则，自动转换相应参数。
变幅机构可以分别在司机室、机房和变幅室操作。
在司机室可以对变幅机构在区域1，区域2及区域3操作。
在变幅室可对变频机构做全部操作，且有手动和自动方式。
处于自动方式时，在上升命令发出后，能自动上升，抬起安全挂钩，变幅上升到位后，自动放下安全挂钩，变幅机构再往下微动，直至松绳后自动停止；在下降命令发出后，变幅机构往上微动到上停止位，自动抬起安全挂钩，变幅下降至水平位置（下限或松绳限位动作）后自动停止。
在司机室显示屏上应能显示悬臂工作状态及角度。
区域1：下停止区域区域2：下减速区域区域3：高速区域区域5：上减速区域区域6：上停止区域4．7大车电机运行控制大车正常停车时，通过电气制动，电机速度平稳降至接近零速，变频器锁定电机转子，然后进行机械无磨损抱闸。
4．7．1检测元件大车机构共设以下限位信号：1．左行停车限位2．左行减速限位3．右行减速限位停车限位是正常的终点限位。
减速限位的作用：大车沿某个方向运动时，减速限位以及超声波防撞限位动作后机构的动作速度限制在请求速度的20％，直到到达停车限位为止。
但反方向运行不受此限制。
4．8自动抓斗控制4．8．1抓斗初始化由于系统正常工作时，需对起升支持机构、开闭机构和小车机构进行位置控制，所以必须在正常工作开始前，进行起升位置初始化、开闭开度初始化和小车位置初始化工作，初始化操作方法详见下节。
每次调整钢丝绳或者编码器故障后，抓斗必须重新进行初始化。
4．8．2自动开闭斗抓斗开斗、闭斗动作是通过支持机构和开闭机构协同运行形成的绳差来实现的。
电气控制系统应该根据支持机构和开闭机构的即时位置差、起升速度给定、位置速度给定，通过速度计算功能块计算获得起升给定和开闭给定，分别控制支持和开闭变频器，实现多种不同的抓斗运行模式（静态开闭斗、深挖过程中闭斗）。
完成抓斗初始设定后，抓斗开、闭斗时，支持机构和开闭机构将根据抓斗的即时开度、开闭斗的预置减速位置、开闭斗的预置停止位置，自动减速、自动停止。
为了防止在开闭斗时抓斗的机械冲击，抓斗控制软件编制了位置给定软件功能块实现对位置给定的软化作用。