На вход программируемого логического контроллера ПЛК поступают: сигналы от координатных переключателей КП1 и КП2, а также кнопок пуск КнП, стоп КнС и кнопки сброса ошибки КнО, находящихся на панели оператора ПО; сигналы от концевых выключателей ПВ1-ПВ5; сигналы от вспомогательных контактов автоматического выключателя ВКАВ1-КААВ6; сигналы от датчика ветра ДВ, датчика тока ДТ двигателя подъема и тензодатчика веса ТДВ.

С выхода ПЛК поступают сигналы на такие ИО, как: преобразователи частоты ПЧ1-ПЧ6; силовые контакторы КМ1-КМ2; световую СС и звуковую ЗС сигнализации; устройство графического отображения информации УГО, расположенные на панели оператора.

Когда на ПЛК подано питание, система находится в режиме ожидания команд оператора. При нажатии кнопки пуск КнП замыкается основной контактор КМ1, в результате чего напряжение подается на преобразователь частоты ПЧ1-ПЧ6. Преобразователи частоты ПЧ1-ПЧ4 управляют двигателями М1-М4 соответственно, которые являются двигателями привода крана по подкрановым путям. ПЧ5 управляет двигателем М5 привода подъема груза, а ПЧ6 двигателем М6 привода перемещения грузовой тележки.

Для управления приводом подъема и приводом передвижения грузовой тележки используется координатный переключатель КП2 с одной поперечной и одной продольной осью, в направлении которой перемещается рукоятка. Координатный переключатель имеет встроенный потенциометр для каждой оси, напряжение на потенциометре изменяется от 0 до 10 В в зависимости от положения рукоятки, в зависимости от этого напряжения рассчитывается скорость двигателей. Большее отклонение рукоятки от центрального положения по оси соответствует большей скорости двигателя, центральное положение соответствует скорости, равно нулю. Двигатель М5 привода подъема груза управляется путем перемещения рукоятки по продольной оси, соответственно двигатель М6 привода передвижения грузовой тележки управляется, путем перемещения рукоятки по поперечной оси координатного переключателя КП2. Когда рукоятка находится в центральном положении, то двигатели приводов подъема и перемещения грузовой тележки остановлены. При отклонении рукоятки от центрального положения по продольной оси, напряжение на потенциометре меняется, ПЛК фиксирует это изменение и производит расчет скорости для двигателя привода подъема. Далее ПЛК по цифровому каналу передает значение скорости на преобразователь частоты ПЧ5, а также дает команду на пуск двигателя, в результате чего двигатель привода подъема привода начинает плавно разгоняться до установленной скорости. Одновременно с пуском двигателя, подается напряжение на катушку контактора КМ2. КМ2 замыкается и на электромагнитный тормоз ЭМТ подается напряжение, в результате чего колодки ЭМТ расходятся, освобождая вал двигателя. Направление вращения двигателя зависит от того, в какую сторону от центрального положения отклоняется рукоятка по продольной оси. Аналогичным образом приводится в движение двигатель привода передвижения грузовой тележки, только в этом случае рукоятка отклоняется по поперечной оси, а скорость и команда на пуск двигателя передается по цифровому каналу на ПЧ6. При возврате рукоятки в центральное положение, ПЛК передает по цифровому каналу на ПЧ5 (или ПЧ6) команду на останов двигателя, последний плавно замедляется до полной остановки.

Для управления двигателями М1-М4 привода перемещения крана по подкрановым путям используется координатный переключатель КП1 с одной продольной осью, в направлении которой перемещается рукоятка. КП1 также имеет встроенный потенциометр, а процесс управления приводом передвижения крана аналогичен процессам управления приводами подъема и передвижения грузовой тележки. Однако, в данном случае значение скорости и команда на пуск передается по цифровому каналу одновременно на преобразователи ПЧ1, ПЧ2, ПЧ3 и ПЧ4, благодаря чему двигатели М1, М2, М3 и М4 начинаю синхронно разгоняться до установленной скорости, приводя в движение кран. Для остановки крана рукоятка КП1 устанавливается в центральное положение, на ПЧ1-ПЧ4 подается команда останова и двигатели М1-М4 плавно замедляются до полной остановки.

Если, к примеру, в процессе работы двигателя М6, отклонение рукоятки координатного переключателя КП2 от центрального положения по поперечной оси увеличилось, то ПЛК это изменение мгновенно зафиксирует, сделает перерасчет скорости и по цифровому каналу передаст новое значение скорости на ПЧ6, в результате чего двигатель М6 плавно увеличит скорость до установленной. Если же отклонение рукоятки КП2 от центрального положения уменьшилось, то аналогичным способом произойдет перерасчет скорости и двигатель М6 плавно уменьшит скорость до установленной.

Подкрановые пути и ферма, по которой перемещается грузовая тележка, имеют конечные длины. В процессе работы крана могут возникать случаи, когда кран выезжает за пределы подкрановых путей или грузовая тележка выезжает за пределы фермы, в результате чего кран может опрокинуться, а грузовая тележка вылететь с фермы вниз. Трос, на котором подвешивается груз, также имеет конечную длину и может возникнуть случай, что трос закончится при наматывании его на лебедку и в результате грузозахватывающее приспособление сильно ударится об грузовую тележку. Такие случаи возникают в результате ошибки машиниста крана и являются аварийными и опасными. Чтобы этих ошибок избежать, для ограничения движения рабочих механизмов крана используются концевые выключатели ПВ1-ПВ5. Для ограничения движения крана по подкрановым путям служат концевые выключатели ПВ1-ПВ2. Для ограничения движения грузовой тележки служат концевые выключатели ПВ3-ПВ4. Соответственно для ограничения подъема груза служит концевой выключатель ПВ5.

Для защиты двигателей М1-М6 от токов короткого замыкания и токов перегрузки используются автоматические выключатели (АВ) QF1-QF6, для защиты преобразователей частоты соответственно АВ QF8-QF13. Для защиты электромагнитного тормоза и линии используются соответственно АВ QF14 и QF7. Каждый АВ имеет дополнительный контакт, который разомкнут в рабочем положении. Все дополнительные контакты одклюючаются к входному модулю ПЛК. При срабатывании какого-либо АВ, его дополнительный контакт размыкается и на входной модуль ПЛК поступает сигнал. ПЛК фиксирует этот сигнал, отправляет команду остановки на все работающие ПЧ и отключает контактор КМ3 (если он был включен). Далее ПЛК отправляет по цифровому каналу на устройство графического отображения информации (УГО) данные о том, какой АВ сработал, и включает световую сигнализацию СС.

Для контроля массы поднимаемого груза используется тензодатчик веса, который накладывается на трос грузоподъемного механизма. Аналоговый сигнал от ТДВ, пропорциональный массе поднимаемого груза поступает на входной модуль ПЛК. ПЛК получив данные с датчика, производит расчет массы груза. Если масса груза окажется больше максимально допустимой, ПЛК заблокирует возможность поднимать груз, выведет сообщение об аварийной ситуации на УГО и включит звуковую ЗС и световую СС сигнализации. Для возврата системы в нормальное состояние, необходимо нажать кнопку «сброс ошибки» КнО, предварительно освободив грузозахватывающее приспособление от тяжелого груза.

Для контроля температуры наружного воздуха используется датчик температуры ДТ. Если температура опускается ниже рабочей, начинает работать световая и звуковая сигнализация. Сигнализация будет работать до тех пор, пока температура не вернется в рабочий диапазон.

В нормальном режиме на УГО отображается информация о том, подано или нет напряжение в силовую цепь, какие двигатели и на какой скорости работают, а также отображается значение массы поднимаемого груза и температуры наружного воздуха.

При срабатывании какого-либо концевого выключателя, ПЛК блокирует движение рабочего механизма в направлении сработавшего концевого выключателя, при этом на УГО выводится сообщение, предупреждающее об опасности, включается световая и звуковая сигнализации. Для возврата системы в нормальное состояние, необходимо переместить рабочий механизм в направлении, противоположном направлению сработавшего выключателя.

Для контроля скорости ветра используется датчик ветра ДВ. ПЛК непрерывно фиксирует величину скорости ветра, снимаемую с ДВ. Если во время работы крана скорость ветра становится больше максимально допустимой, то ПЛК выводит на УГО предупреждение об опасности, включает световую и звуковую сигнализации. Система будет работать в режиме оповещения до тех пор, пока скорость ветра не станет меньше предельно допустимой.

1. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

1. Подбор электродвигателей с короткозамкнутым ротором

При подборе новых электродвигателей необходимо учитывать, что номинальные значения параметров новых электродвигателей не должны быть меньше номинальных значений параметров имеющихся электродвигателей. Ориентируясь на технические данные имеющихся электродвигателей, представленные в таблице 1.2, для привода подъема груза можно выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором) МТКН 412-8, технические данные которого приведены в табл. 5.1; для привода перемещения грузовой тележки можно выбрать АД с КЗ ротором МТКН 012, технические данные которого приведены в табл. 5.2; для привода перемещения крана по подкрановым путям можно выбрать АД с КЗ ротором МТКН 211-6, технические данные которого приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Технические данные двигателя МТКН 412-8

Рном, кВт	nном, об/мин	КПД, %	сos φ	Iном при 380 В, А	Мном, Н·м	Ммакс/Мном	Масса, кг
22	715	86	0.72	49	294	3.2	335

Таблица 5.4 - Технические данные двигателя МТКН 012

Рном, кВт	nном, об/мин	КПД, %	сos φ	Iном при 380 В, А	Мном, Н·м	Ммакс/Мном	Масса, кг
2.2	915	73.5	0.7	6.5	-	2.8	49.5

Таблица 5.5 - Технические данные двигателя МТКН 211-6

Рном, кВт	nном, об/мин	КПД, %	сos φ	Iном при 380 В, А	Мном, Н·м	Ммакс/Мном	Масса, кг
7.5	940	76	0.77	19	76.2	2.7	149

Действующие асинхронные электродвигатели с фазным ротором МТН-412-8, МТ-012-6 и МТ-211-6 еще не выработали свой ресурс, поэтому нет необходимости при внедрении АСУ заменять имеющиеся электродвигатели новыми. Для того, чтобы производить управление данными электродвигателями частотным методом, необходимо из фазной цепи ротора каждого двигателя убрать добавочные сопротивления, а обмотки ротора замкнуть накоротко.

После выработки ресурса какого-либо из имеющихся электродвигателей, его необходимо заменить на асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

1. Подбор ПЛК

1. Общие сведения

Для АСУ выбираем ПЛК марки Schneider Electric Modicon M340. Выбор данного ПЛК обосновывается рядом причин: во-первых ПЛК Modicon M340 является модульным, т.е. имеется возможность набирать необходимое количество модулей входных и выходных сигналов; во-вторых данное ПЛК является надежным и быстродействующим; в-третьих программное обеспечение ПЛК Modicon M340 отличается удобством в написании пользовательских программ, что существенно упрощает и ускоряет процесс внедрения АСУ.

В конструкцию ПЛК Modicon M340 входят следующие модули: модуль питания, модуль центрального процессора, модули входных и выходных сигналов, сетевые модули. Все модули размещаются на специальном сборном конструктиве, называемом шасси, оборудованном общими шинами связи и питания. Имеются несколько вариантов модулей питания, центрального процессора, модулей ввода/вывода и сетевых модулей, имеется также несколько вариантов шасси, варианты отличаются по своим характеристикам.

Для разрабатываемой АСУ необходимо произвести выбор отдельных модулей и шасси из каталогов с характеристиками, подходящими для данной АСУ.

1. Выбор модуля центрального процессора

Выбираем модуль центрального процессора ВМХР34 2030 2Н, основные характеристики которого приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.6 - Основные технические характеристики процессорного модуля ВМХР34 2030 2Н

Параметр	Значение параметра
Наименование модуля	ВМХР34 2030 2Н
Тип изделия	Процессорный модуль
Возможности процессора по дискретному вводу/выводу	1024 вх/вых. Конфигурация с несколькими шасси
Возможности процессора по аналоговому вводу/выводу	256 вх/вых. Конфигурация с несколькими шасси
Тип встроенных клемм	Ethernet TCP/IP RJ4510/100 Mbit/s 1 витая пара Порт USB 12 Mbit/s Ведущая шина CANopen SUB-D 9 20 kbit/s...1 Mbit/s 2 экранированных витых пары
Потребляемый ток	135 мА 24 V пост. ток
Питание	Внутреннее электропитание через шасси
Рабочая температура	-25...70 °C
Относительная влажность	10...95 % без образования конденсата
Степень защиты IP	IP20

Продолжение таблицы 5.4.

Параметр	Значение параметра
Служба обмена данными	Обмен сообщениями по протоколу Modbus TCP, Ethernet TCP/IP Управление полосой пропускания, Ethernet TCP/IP Data Editor, Ethernet TCP/IP Rack Viewer, Ethernet TCP/IP Управление сетью (MT) CANopen PDO (Объекты данных процесса) CANopen Объект сервисных данных (SDO) CANopen Специальные функции (SYNC, EMCY, TIME) CANopen

Данный выбор обосновывается следующим: процессорный модуль ВМХР34 2030 2Н подходит для работы в условиях низких температур и большой влажности, что очень важно для данной АСУ, т.к. кран эксплуатируется в тяжелых условиях (низкие температуры, повышенная влажность); данный модуль имеет встроенный интерфейс промышленной сети, что позволяет не применять дополнительных сетевых модулей.

1. Выбор модулей входных сигналов

В структурной схеме АСУ, показанной на чертеже БР 13.03.02 025 Э11, насчитывается 28 входных сигналов. Из них 6 являются аналоговыми – это координатные переключатели, датчик ветра, датчик веса, датчик температуры. Остальные 22 сигнала являются дискретными – это сигналы от кнопок управления, концевых выключателей, дополнительных контактов АВ.