新式拖体绞车电气控制设计范文

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在拖曳式多参数剖面测量系统的定型研制中，为满足系统整体小型化安装和使用的需要，拖体绞车采用了双层导流套排缆的设计方式，提出了对绞车实时的张力、缆长和缆速等信号进行的测量显示的要求，并要提供和上位机的数据通信功能，以便系统总控软件对绞车的状态信息进行远程实时监控和采集。本电气控制设计主要通过PLC的模块化功能设计，保证了绞车所需功能的实现。拖体绞车采用了SEW变频电机和变频控制器。

关键词：电气控制，绞车，拖体

一．拖体绞车功能设计需求

在拖曳式多参数剖面测量系统的定型研制中，为满足系统整体小型化安装和使用的需要，拖体绞车采用了双层导流套排缆的设计方式，提出了对绞车实时的张力、缆长和缆速等信号进行的测量显示的要求，并要提供和上位机的数据通信功能，以便系统总控软件对绞车的状态信息进行远程实时监控和采集。本电气控制设计主要通过PLC的模块化功能设计，保证了绞车所需功能的实现。

二．绞车的基本电气控制特性

拖体绞车采用了SEW变频电机和变频控制器。SEW电机具有变速稳定、噪声小、体积紧凑等优点，特别是减速机的工艺水平和齐全的型号满足了多领域的应用需求。

在电气控制功能方面，SEW电机可以采用专用的变频器控制，也可采用第三方的变频控制设备。SEW的变频器附带有专用的配置软件，多样的控制连接总线，便于构成多电机系统或者复杂的工业控制系统。绞车电机的工作参数可以通过变频器扩展面板或者上位机的配置软件来连线进行。

根据绞车工作基本需求，在绞车控制柜面板上设置正、反转，变速调节，紧急停车等控制按钮，另外根据人性化的工作需要，对电源连接和系统功能正常设置监视灯，以便于操作人员及时了解绞车的工作状态，分析解除系统故障。

三．绞车的扩展电气控制功能

绞车设备中为采集收放缆长度以及拖缆所受张力的信息，添加了缆长测试单元和力传感器。针对绞车的双层排缆结构和力传感器安装特性，传感器数据的修正和放缆状态相互关联。由此设计了缆长和张力的采集和自动修正程序，保证了绞车参数的准确可靠性，满足设备正常工作需要。

1、缆长和缆速测量

缆长测量是根据电机转动的圈位信号换算而得。在电机上安装了编码器，能随着电机的转动情况产生脉冲信号，PLC中的计数单元对脉冲信号进行计数处理，换算出电机转动圈数对应的走缆长度。

缆速的测量的是根据定时间隔算得的缆长变化量，通过PLC的间接计算获得。

这其中，由于绞车采用了双层排缆技术，两层排缆卷筒的直径有较大差异，需要在排缆卷筒切换前后，更替缆长计算的参数，保证获得的数据准确性。在实际设计中采用了固定缆长自动切换和手动缆长切换两种方式，在绞车缆长切换位置基本不变的情况下，在固定的缆长位置切换计算参数，自动获得缆长和缆速信息，而在绞车缆长切换位置存在较大误差时，允许手动修正排缆切换点，保证误差的及时消除。

2、张力测量

在绞车卷筒出缆位置和前端导缆轮之间添加了固定位置的测力轮，测力轮的轴直接采用了一个力负载传感器，通过配套的后置放大电路，将信号以电平方式传给PLC的AD转换单元，从而获得张力信号。

张力测力轮的安装方式和张力的修正密切相关。张力的准确修正需在传感器安装固定以后，通过实验测试实际拖缆张力和传感器测得的法向应力，比较相互间关系，通过插值拟合获得准确的修正公式。绞车排缆卷筒的直径变化，也会使修正公式发生变化，在实际应用中要对不同卷筒分别进行张力拟合，还需和缆长换算一样，同步卷筒的切换状态，实现张力修正公式的自动切换。

3、显控通信功能

为使绞车操作人员及时获得绞车收放缆过程的状态，通过在控制台面板上添加触摸显示屏将PLC获得的缆长、缆速及张力信号及时反馈给操作人员。通过在PLC上添加通信单元，将信号数据以485方式传送给远端的上位机，来进行远程监控和信息保存。

四．绞车电气设计经验

在绞车的实际加工生产和调试过程中，结合实际的生产和测试条件，对绞车的各项设计功能进行了及时的调整和改进，不仅保证了产品更好的质量和性能，并且获得了许多有益的设计心得和经验。

1、系统的选型

本套设计方案的实施，选用了三菱公司的PLC产品。三菱PLC在中国市场上得到非常广泛的应用，产品的众多系列品种保证了整套电气设计功能的实现便利性和灵活性，对于系统设计的功能扩展和可靠性保证起到了很好的保障作用。

2、PLC编程的方法

绞车的扩展功能多利用PLC来实现，在PLC的算法设计上类似于单片机的底层编程方式，需要对PLC的硬件性能和工作特殊方式较深入的了解，在算法的实现上要更多考虑到系统优化。如在缆速的换算过程中，由于要在更新速率和显示精度上达到匹配协调，需要充分了解计算单元的精度位数，实际问题出现的数据范围，调整计算次序来保证运算精度。

3、张力换算方法

准确的进行张力测量是一个程序复杂，实践性强的问题。要获得准确的张力，不仅要有好的传感器，还要有好的设计安装，最后还需要有一个细致的测试修正过程。在本绞车设计中，张力传感器采用瑞士的LB系列轴应力传感器，该传感器本身具有良好的线性精度设计，应力变化的准确性非常高。绞车的张力测量设计采用了缆对压力轮法向压力的方式，通过设计的定角度安装位置，保证了对缆张力转化参数的一致性。在后期的张力校准调试中，对两层卷筒分别进行了多工作位置，多导向轮角度的工作张力测试，最后获得的拟合公式仅采用一次多项式就达到了设计指标提出的±10%测量值误差的精度。

五．绞车电气设计的改进提高

双层导流套排缆绞车的设计是拖体绞车的创新设计，在这第一次设计中难免存在不尽完善的地方。作为电气控制设计部分能够改进和提高之处有很多。

l电气接插件的选型和改进

绞车电气由于初次设计，对于配套成熟产品的选型方面了解得不够深入，选用的电气、信号接插电缆都限于点对点连接，这样在绞车的电缆拆装方面有不够方便简洁的问题。绞车电机本身的控制电缆就有四组：电源三相进线、电机控制的三相线、刹车控制线、风机三相线，外加传感器的编码器线和张力传感器线，以及和远端通信的信号线，堆在控制柜后的电缆就密密匝匝。在安装和拆卸时不仅繁琐，而且容易出现错误。如果采用了合适的接插设备，不仅在安装上简便、安全，而且外观上也整齐大方。在产品的专业性上就显得更为到家。

l软件的设计和优化

基于PLC的软件设计，专一性比较强，程序的优化提高的需要有一定时间的应用熟练和磨合提高。同样功能的软件，在代码上的优化，小则提高运行的速度和效率，大则可以避免出现bug和系统错误的危险。要开发出人机界面友好，简洁易用的软件也需要多了解真实工作中操作习惯和安全规范，绞车软件的完善提高也需要经历这样一个应用－反馈－改进的过程。

l控制功能方式的改型和提高

绞车的电气控制功能有很多可以提升和变通改进的地方，通过本型绞车电气功能的设计，在将来的绞车电气控制设计中可以有更多的发挥应用。比如通过远端连线和监控可以实现操控人员的远程绞车收放，通过无线控制设备的添加，可以满足操控人员灵活换位等等。如同软件设计，控制方式的搭配变化也可以孕育出满足不同类型需要的控制功能，使得产品有更广阔的市场空间。