Тележка мостового крана

Технические характеристики датчика температуры/вибрации CMSS 2310:

• температурный предел 1,5-120 ºС;
• вибрационный предел 70 g;
• частота 50 Гц;
• потребляемая мощность 3,5 Вт;
• питающее напряжение 24 В.
• вес 0,2 кг.

Технические характеристики монитора CMSS672-CPHD-04:

• контролируемая температура 0-70 ºС;
• выходной сигнал по температуре 0-12 В;
• выходной сигнал по вибрации 4-20 мА / 0-10 В;
• потребляемая мощность 5 Вт
• вес 11,3 кг.

Исходя из технико-технологических особенностей, необходимо 2 датчика температуры.

Выбор индуктивных  датчиков сближения.

Для выдачи импульсов  в требуемых точках пути движения подъемного крана для осуществления  сигнала начала замедления, дублирующей  защиты от выбега из рабочей зоны и переключений в схеме управления используются индуктивные датчики сближения BERO 3RG40 41-6KD00.

Индуктивные датчики  приближения BERO твердотельные датчики, не включающие в свой состав трущихся механических частей. Они не чувствительны  к агрессивным средам и применяются в системах с высокой надежностью, точностью обнаружения. Высокой частотой переключений и т.д.

Концевые выключатели BERO работаю на высокой частоте  магнитного поля для обнаружения  ”поверхности“ преграды. Физические размеры этого поля определяют измеряемое расстояние (для 3RG40 41-6KD00 номинальная дистанция срабатывания 20 мм). Когда материал, который является хорошим проводником и (или) магнитным материалом, входит в область магнитного поля – то поле ослабляется. Результат измерения этого поля переводится в работу выходных ключей..

BERO для ПЛК  (программируемых контроллеров): диапазоны  напряжений от 15 до 34 V DC, 2-проводная  схема подключения

Интегрированная защита:

- короткого  замыкания и перегрузки (DC);

- переполюсовки  при подключении;

- Обрыва линии  (соединения L– или L+);

- коммутационной  помехи;

- наводки радиочастот.

 

 

3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Анализ  входных и выходных сигналов  проектируемой системы управления

 

В задачу управления приводом перемещения тележки крана  входит плавное регулирование скорости двигателя, реверса, регулирование и контроль технологического процесса, и осуществление этих операций в определенной последовательности по команде оператора.

Для корректной работы проектируемая система управления должна обеспечить восприятие сигналов поступающих от установленных датчиков, переключателей, команды оператора, и в зависимости от их состояния, регулировать технологический процесс, также обеспечить своевременную работу сигнализации и блокировок.

Необходимо  реализовать плавный пуск двигателя с программно заданной скоростью, чтобы исключить ударные динамические нагрузки. Система контроля хода и защиты содержит аналоговые и дискретные управляющие сигналы.

Входные сигналы управления.

Дискретные  входные сигналы:

- сигнал, поступающий с датчика скорости (значение скорости привода перемещения тележки);

- сигнал, поступающий  от бесконтактных индуктивных  датчиков при движении тележки  (информация о положении тележки  в крайних положениях для защиты  выезда из рабочей зоны), 9 сигналов;

- сигнал, поступающий с панели оператора при выборе режима работы;

- сигнал, поступающий  с кнопки на панели оператора  об остановке техпроцесса.

Аналоговые  входные сигналы:

- сигнал, поступающий  с датчиков температуры (определение  температуры подшипников);

- сигнал, поступающий от датчиков температуры электродвигателя;

Выходные дискретные сигналы управления:

- сигнал, необходимый для задания скорости двигателя привода тележки, который поступает на преобразователь частоты;

- сигнал необходимый для включения предохранительного и рабочего торможения.

Основные функциональные задачи системы управления:

- обработка информации поступающей с датчиков и переключателей;

- обработка информации поступающей с пульта;

- оперативное оповещение аварийной ситуации.

3.2 Разработка структурной схемы управления

 

Система контроля хода и  защиты имеет двухканальное исполнение с идентичными по составу и  работе каналами. В связи с этим целесообразно рассматривать только один канал, содержащий контроллер (ведомый контроллер) с соответствующим набором модулей ввода - вывода, датчики сближения, датчики контроля скорости барабана, тэнзодатчика.

Сформулируем общие  требования к программируемому логическому  контроллеру:

- количество  аналоговых входов 2;

- количество аналоговых выходов 0;

- количество  дискретных входов 22;

- количество  дискретных выходов 2;

Контроллер должен обеспечивать:

- работу в  режиме реального времени;

- сохранение  информации при отключении питания;

- опрос датчиков;

- управление  скоростью при автоматическом ходе;

- возможность  ручного переключения режимов  работы;

- возможность  ручного ввода данных;

- индикацию  параметров на цифровом и мнемоническом  дисплее;

- защиту от  «зависания»;

- защиту от  сбоя при пропадании питания;

- нулевую защиту;

- максимально-токовую  защиту;

- отключение  при выключении системы.

Выбор микроконтроллера осуществляем из категории сложности  автоматизированной системы и задач  автоматизации. Выбираем микроконтроллер  фирмы SIЕMENS типа SIMATIC S7-300.

Исходя из требований для микроконтроллерной СУ, количестве входных и выходных сигналов, возможностей обеспечения блокировки и защиты микропроцессорный модуль SIMATIC S7-300 должен быть сформирован: процессором CPU 313, модулями ввода, вывода дискретных и аналоговых сигналов. Процессор CPU 313 – это дешевый центральный процессор с расширенным объемом памяти программ, способный выполнять скоростную обработку информации.

Процессор имеет  следующие характеристики:

- микропроцессор  со временем выполнения двоичной команды 600 нс;

- расширенный  объем памяти загружаемой памяти объемом 12 Кбайт;

- гибкие возможности  расширения: подключение до 8 модулей;

- диагностический  буфер (для диагностических целей в буфере сохраняется 100 последних сообщений об отказах и прерываниях);

- необслуживаемое сохранение данных: центральный процессор способен сохранять данные без использования буферной батареи (NVRAM);

- сохранение  программы в карте памяти: программа  контроллера может сохраняться  в сменной карте памяти (Flash EEPROM) емкостью до 4 Мбайт;

- часы реального времени;

- встроенные коммуникационные функции:

- связи с  панелью оператора;

- стандартные функции S7 связи;

- Функции отчета:

- светодиоды  индикации состояний и отказов  (светодиоды индикации состояния  аппаратуры, программы, значения  времени, состояния входов и выходов, отказа буферной батареи, режимов работы, запуска);

- тестовые функции (во время работы с помощью программатора может быть получена информация о состоянии сигналов, изменении значений переменных, выполнен просмотр содержимого стека);

- системная информация (с помощью программатора может быть получена информация об объеме памяти и режиме работы центрального процессора, используемых объемах рабочей и загружаемой памяти, времени цикла выполнения программы, содержимом диагностического буфера в виде текстовых сообщений).

Системные функции:

Обработка прерываний ошибок и отказов, копирование данных, функции часов реального времени, диагностические функции, определение  параметров настройки модулей, изменение  режимов работы. ЦП CPU 313 оснащен встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP.

Модули ввода дискретных сигналов.

С помощью этих модулей к контроллеру SIMATIC S7-300 подключаются дискретные датчики. Модули ввода дискретных сигналов предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модули могут работать с датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным схемам.

В соответствии с техническими характеристиками принимаем  блок ввода дискретных сигналов типа 6SE7321-1BH01-0AA0.

Технические данные:

• количество входов – 16;
• напряжение – 24 В;
• входной ток – 7,0 мА;
• подключение 2-х проводных датчиков BERO;
• потребляемая мощность – 3,5 Вт;
• масса – 200 г.

Модули вывода дискретных сигналов.

С помощью этих модулей к контроллеру SIMATIC S7-300 подключаются вентили, контакторов, небольших двигателей, ламп, пускателей, различного рода преобразователи.

Модули вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера  в его выходные дискретные сигналы.

В соответствии с технологическим процессом принимаем блок вывода дискретных сигналов типа 6SE7322-1BF01-0AA0. Когда центральный процессор останавливается, данный блок может сохранять последнее состояние выходов или переводить выходы в требуемые состояния. Диагностический анализ каждого выхода с помощью центрального процессора, красный светодиод на каждый канал.

Технические данные:

- количество  выходов – 8;

- напряжение  – 24 В;

- выходной ток  – 2 А;

- потребляемая  мощность – 5 Вт;

- масса –  210 г.

Модули ввода  аналоговых сигналов.

Применяются для  подключения датчиков с унифицированными сигналами напряжения и силы тока, термопар, сопротивлений и термометров  сопротивления. Модули ввода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровые значения мгновенных значений аналоговых величин. Модули способны пересылать в центральный процессор большой объем диагностической информации.

Блоки принимают  сигналы U/I/R/ термопар, соответственно 9/12/14 бит. Возможность установки и замены под напряжением.

В соответствии с техническими характеристиками принимаем  блок ввода аналоговых сигналов типа 6ES7331-7KB01-0AB0.

Технические данные:

• количество входов – 2;
• напряжение – 24 В;
• потребляемый ток – 60-80 мА;
• потребляемая мощность – 1,3 Вт;
• масса – 250 г.

Для питания  контроллера необходим блок питания.

Питающее напряжение на контроллер подается от специального блока питания, который обычно устанавливается  на первую ячейку модулей контроллера, за которой сразу располагается  процессорный модуль.

Модули блоков питания для SIMATIC S7-300 предназначены  для преобразования входного напряжения ~120/230 В в выходное напряжение 24 В, необходимое для питания контроллера.

Исходя из технологических  требований, выбираем блок питания PS-307 типа 6ES7307-1EA00-0AA0. PS 307 позволяет подключать к своему выходу на только ПЛК, но и подавать питание на датчики и приводы. Основные технические характеристики модуля блока питания:

• выходной ток – 5 А;
• частота переменного тока – 50-60 Гц;
• К.П.Д. – 87%;
• потребляемая мощность – 18 Вт;
• масса – 740 г.

Организация связи  с системой автоматизации.

Для организации  связи между контроллерам SIMATIC S7-300, частотным преобразователем Altivar 71, датчиками применяется сеть стандарта PROFIBUS.

 

3.3 Разработка  системы управления приводом перемещения тележки мостового крана