大型造船龙门起重机PLC网络控制技术

祝福+高峰

摘 要：以PLC主站为中心，通过Profibus-DP总线连接大车、小车、起升变频器、各机构的远程I/O从站及编码器，并通过太网连接上位机和司机室的触摸屏， 构成了大型造船龙门起重机的智能网络控制系统.

关键词：造船龙门起重机；PLC ；变频器；触摸屏

中图分类号：U665 文献标识码： A

Abstract：Centering on the PLC master station， through the profibus-dp bus connected with cart， trolley， lifting of inverter， the agencies from remote I/O station and encoder， and through the mt net connected to the PC and the driver room touch screen， it constitutes the intelligent network control system of large shipbuilding gantry crane.

Key Words： Large shipbuilding gantry crane； PLC； Inverter； Touch screen

1 引言

随着我国船舶工业的快速发展，所建船舶的吨位也越来越大，带动了造船龙门起重机的快速发展，特别是大跨距、大吨位的大型造船龙门起重机广泛应用于船坞、船台等船体建造场地，完成船体分段垂直升起和下降、平移行走和空中翻身等功能的吊装任务。由于其结构复杂、机构多、机体庞大，负载吨位一般都在几百吨以上，所以它的电气控制系统必须要精准可靠。随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异，大型造船龙门起重机大都采用PLC和交流变频智能化、网络化的控制系统，以降低投资成本，提高控制的可靠性，方便日常的维修保养。由于篇幅有限，本文以一台400 t大型造船龙门起重机为例 ，仅对其PLC网络控制系统进行论述。

2 PLC网络控制系统的组成

2.1 硬件构成

大型造船龙门起重机一般都是由上小车、下小车、大车刚性腿及其行走机构、大车柔性腿及其行走机构、主控室和各机构电控室、操作室和载人电梯等构成。其中上小车包括1#起升机构、2#起升机构和行走机构；下小车包括3#起升机构、副起升机构和行走机构。

大型造船龙门起重机的电气控制系统需要完成对上述各机构发出工作指令进行速度控制、位置检测以及安全保护等，完成升降、平移、分段空中翻身等吊装任务。

2.2 控制系统结构

该控制系统主要以可编程逻辑控制器为中心，组建以PLC主站为中心，通过Profibus-DP总线一部分连接大车、小车及起升变频器，一部分连接各机构的远程I/O从站及编码器，同时通过光缆建立以太网，连接上位机和司机室的触摸屏。整个网络控制系统见图1所示。

2.3 PLC的配置

PLC以OMRON公司的CSIG-CPU45H作为整个控制系统的主机， CSIG-CPU45H具有广泛的通讯功能、便于分布式控制的结构形式、简单便捷的操控界面。PLC系统的配置见下表1。

3 控制系统的工作分析

整个结构构成了一个分布式的网络控制系统，各部分的工作分析如下：

3.1 电气控制室

电气控制室作为整个电气控制系统的“大脑”，内部安装有PLC主站、上位机、刚柔腿大车行走控制柜、上下小车行走控制柜、上下小车起升控制柜。系统内各部件电气控制柜的接触器、断路器及熔断器组成信号采集系统，各内部信号的保护与采集、司机发出的操作命令等都通过I/O从站送入PLC主站内。

3.2 远程I/O从站

远程I/O从站完成信号的釆集，一方面将模拟量信号转换为开关量信号传给PLC主控制器，另一方面开关量信号直接进入PLC，远程从站将收集的信号反馈给PLC主站，PLC主站执行逻辑控制程序，通过现场总线实现对起升、小车、大车变频器的起动、停止、速度控制。

上小车I/O站的主要作用是将电机保护信号及其小车内机构的保护信号进行收集，如：上升终点信号、下降终点信号、起重量限制器超载信号等；

下小车中的远程I/O从站主要作用是对电机保护信号和相应的下小车机构中的保护信号进行收集，例如下降过程中的终点信号等；

大车刚性腿中的远程从站主要作用是电机保护信号的收集以及大车刚性腿中的机构保护信号的收集；

大车柔性腿的远程子站主要作用是对电动机中产生的保护信号及大车柔性腿中的机构保护信号进行收集。

3.3 司机室

司机室也是一个远程I/O从站，可以实现人机信息和指令的传递，操作者可以通过触摸屏了解到起重机的实时状态参数，通过操作界面实现工作状态显示及故障报警：可以使操作人员通过触摸屏画面观察到整机的运行状态，监控整个系统内的接触器、断路器、变频器等设备的运行状态，监控变频器的设定频率、转速及当前实际的频率和转速、系统工作状态等。

也可以根据用户授权设定对个别参数进行修改，各终端信号源根据控制精度和功能需要，在龙门起重机上安装检测元件和电气限位开关，检测元件主要是编码器，它是信号的发出端，也是控制指令的接收端。

3.4 变频器子站

在系统中设有绝对值编码器的子站，其作用主要是当其作为从站使用时，通过主站向变频器发送指令，并且可以接收其反馈的故障报告信号。龙门吊中的上小车1#号起升位置的编码设备以及2#号起升位置的编码设备和下小车主要的起升位置中的编码设备主要是测验各个起升位置并且传送到中央控制器。龙门吊中控制大车刚性腿运行状况的编码设备，主要作用是检验各自的运行状态，并将数据传送到中央存储器。

4 结束语

大型造船龙门起重机占地面积较大，各运行机构与中央处理器（CPU）主站的距离一般较远，所以需要相应的在各机构中设置远程I/O从站，PLC控制系统通过网络连接的通讯方式控制变频器，同时也釆集和读取变频器内部的信息。通过Profibus-DP网络安装触摸屏和工控机等设备，能完成对整机性能的动态监测和故障排查，同时还可将设备连入互联网，通过互联网的远程协助技术方便快捷地从专家那里获得帮助，能迅速判断事故原因，缩短维修时间。大型造船龙门起重机控制系统的网络化和智能化，是目前和今后一段时间的发展方向。

本网络控制系统通过在实验室反复测试、模拟运行，证明方案可行，能够实现控制要求。

参考文献

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