PLC和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)探究

【摘 要】傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)為了提高起動轉(zhuǎn)矩，采用繞線式異步電動機(jī)拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作來改變其轉(zhuǎn)子所串電阻調(diào)速。當(dāng)前人們普遍采用變頻器作為變頻調(diào)速電源，用籠形異步電動機(jī)取代原來的繞線異步電動機(jī)，用PLC作為控制裝置進(jìn)行無觸點(diǎn)控制。從而改善了調(diào)速性能，增加了系統(tǒng)的可靠性。本文通過一個實(shí)例分析變頻器和PLC在系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；變頻器；機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖；程序；功能擴(kuò)展

一、橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)

（1）橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)。第一，大車拖動系統(tǒng)拖動整臺起重機(jī)順著車間方向左右移動（以司機(jī)的坐向為參考）；第二，小車拖動系統(tǒng)拖動吊鉤及重物順著橋架作前后運(yùn)動；第三，吊鉤拖動系統(tǒng)拖動重物作吊起或放下的上下運(yùn)動。（2）負(fù)荷特點(diǎn)。橋式起重機(jī)的拖動系統(tǒng)負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，且其起升機(jī)構(gòu)為位能性負(fù)載。（3）控制要求。第一，起升機(jī)構(gòu)要求起動轉(zhuǎn)矩大，起動運(yùn)行平穩(wěn)。能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行且要有超載、限位、限流等多種保護(hù)；第二，起升機(jī)構(gòu)在啟停過程中易出現(xiàn)“溜鉤”問題。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.65秒），而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應(yīng)的。因此，制動器和電動機(jī)在動作的配合上極易出現(xiàn)問題。要有相應(yīng)的防止措施。起升機(jī)構(gòu)中要有機(jī)械制動器。起重用變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，但是若重物停在空中時出現(xiàn)電源瞬間停電等情況，就會有重物下滑的危險。因此，電動機(jī)軸上必須加裝制動器。常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。

二、PLC和變頻器的系統(tǒng)應(yīng)用

圖1 主起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖

（1）系統(tǒng)配置。第一，變頻器。橋式起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)對拖動系統(tǒng)的性能要求不高，為了節(jié)省成本，選用V/F控制方式的通用變頻器即可滿足要求。本文以安川VS—616G5變頻器為例分析。該變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，這就保證了吊鉤由運(yùn)行狀態(tài)降為零速時，電動機(jī)能夠使重物在空中暫時停住，直到電磁制動器將電動機(jī)軸抱住為止，從而防止了溜鉤。第二，PLC可選擇日本三菱的FX衛(wèi)N—08MR。第三，平移機(jī)選用普通電機(jī)；主副提升機(jī)構(gòu)都采用變頻電機(jī)并裝有光電編碼器，變頻器附有PG-理速度反饋控制卡與光電編碼器相連接；為了保證足夠的啟動和運(yùn)行力矩，主提升機(jī)構(gòu)的變頻器一般比電動機(jī)容量放大一個等級（若電動機(jī)為90KW，則變頻器的容量可選110KW）。（2）系統(tǒng)圖。下面是主起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖，如圖1所示。PLC端子及控制關(guān)系說明：上述系統(tǒng)中PLC為控制中心，它的輸入信號來自主令控制器，用以控制主鉤電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)和多段速及零位保護(hù)）和變頻器（故障輸出、制動器控制信號），以及超載、限位等檢測信號。（3）PLC程序。本系統(tǒng)PLC程序為一般的順序控制程序，其中的關(guān)鍵是要理清系統(tǒng)工作過程中實(shí)際需要的控制關(guān)系。（4）工作過程。系統(tǒng)上電后，在無故障反饋情況下，司機(jī)室駕駛員通過聯(lián)動臺的主令控制器發(fā)出操作指令信號給PLC，PLC根據(jù)內(nèi)部程序的執(zhí)行結(jié)果輸出給變頻器正反轉(zhuǎn)和多段速輸入端，從而控制主鉤的升降運(yùn)行和變速。（5）溜鉤的防止。Vs-616 GS矢量控制型變頻具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，在設(shè)計橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)時只需考慮PLC和變頻器的適當(dāng)配合，即可圓滿解決“溜鉤”問題。（6）功能擴(kuò)展。第一，如果需要，可在PLC輸入端連接遙控器對橋式起重機(jī)的拖動系統(tǒng)進(jìn)行控制。第二，可以配置觸摸屏或液晶顯示器對系統(tǒng)的主鉤高度、載荷、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視。1毛一扮卡輸出脈沖到PLC高頻脈沖輸入端，經(jīng)SPD脈沖速度計算指令計算用于速度控制和顯示。PLC與觸摸屏通過R32串行接口相連，Pl刃中的接口程序在PLC中為觸摸屏設(shè)立數(shù)據(jù)讀取區(qū)及相關(guān)狀態(tài)標(biāo)志，用于觸摸屏的監(jiān)視。（7）系統(tǒng)保護(hù)。變頻器本身具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護(hù)和故障輸出功能，對主起升機(jī)構(gòu)來說，變頻器驅(qū)動一臺電動機(jī)，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機(jī)而不必接熱繼電器作過載保護(hù)。司機(jī)可以通過聯(lián)動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進(jìn)而控制總電源的通斷，在無法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過急停開關(guān)接通總斷路器的分勵脫扣線圈來斷開電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開關(guān)和鑰匙開關(guān)作為安全保護(hù)措施。

有了功能完善、性能穩(wěn)定可靠的PLC和變頻器的有力支持，橋式起重機(jī)在可靠性、調(diào)速性能、節(jié)能和運(yùn)行效率等方面與傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)相比有了很大提高，PLC 和變頻器構(gòu)成的橋式起重機(jī)系統(tǒng)成為目前橋式起重機(jī)的典型設(shè)計模式，應(yīng)用非常廣泛。