PLC和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)

沈文濤

摘 要：橋式起重機(jī)俗稱(chēng)行車(chē)，是工礦企業(yè)應(yīng)用非常廣泛的起重機(jī)械。傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)為了提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過(guò)鼓形凸輪控制器的操作來(lái)改變其轉(zhuǎn)子所串電阻調(diào)速。本文主要介紹了PLC和變頻器在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；運(yùn)行機(jī)構(gòu)；程序；功能擴(kuò)展

隨著新技術(shù)和控制設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在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(dòng)機(jī)取代原來(lái)的繞線異步電動(dòng)機(jī)，用PLC作為控制裝置進(jìn)行無(wú)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(guò)一個(gè)實(shí)例分析變頻器和PLC在系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

1 橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)

1.1 橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)

1）大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)整臺(tái)起重機(jī)順著車(chē)間方向左右移動(dòng)（以司機(jī)的坐向?yàn)閰⒖迹?/p>

2）小車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架作前后運(yùn)動(dòng)。

3）吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)重物作吊起或放下的上下運(yùn)動(dòng)。大型起重機(jī)（超過(guò)10t）有兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)：主起升機(jī)構(gòu)（主鉤）和副起升機(jī)構(gòu)（副鉤）。通常主鉤與副鉤不能同時(shí)起吊重物。

1.2 負(fù)荷特點(diǎn)

橋式起重機(jī)的拖動(dòng)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，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)起吊重物下降或者快速減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。需要將電能通過(guò)反饋裝置反送給電網(wǎng)或消耗在制動(dòng)電阻上，以防直流處的泵升電壓影響制動(dòng)效果。

1.3 控制要求

1）起升機(jī) 構(gòu)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)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)。

2）起升機(jī)構(gòu)在啟停過(guò)程中易出現(xiàn)“溜鉤”問(wèn)題。

由于制動(dòng)器從抱緊到松開(kāi)，以及從松開(kāi)到抱緊的動(dòng)作過(guò)程需要時(shí)間（約0.65），而電動(dòng)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(dòng)器和電動(dòng)機(jī)在動(dòng)作的配合上極易出現(xiàn)問(wèn)題。如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)通電，而制動(dòng)器尚未松開(kāi)，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重過(guò)載；反之，如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。因此要有相應(yīng)的防止措施。

起升機(jī)構(gòu)中要有機(jī)械制動(dòng)器。起重用變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能（又稱(chēng)零伺服功能，即零速時(shí)電動(dòng)機(jī)仍能輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩，使重物停在空中），但是若重物停在空中時(shí)出現(xiàn)電源瞬間停電等情況，就會(huì)有重物下滑的危險(xiǎn)。因此，電動(dòng)機(jī)軸上必須加裝制動(dòng)器。常用的有電磁鐵制動(dòng)器和液壓電磁制動(dòng)器等。

2 PLC、變頻器的系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)配置

1）變頻器。橋式起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)對(duì)拖動(dòng)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。

起升機(jī)構(gòu)要求有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)速性能，采用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。這類(lèi)變頻器種類(lèi)很多，本文以安川VS一616G5 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(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠使重物在空中暫時(shí)停住，直到電磁制動(dòng)器將電動(dòng)機(jī)軸抱住為止，從而防止了溜鉤。

2）PLC可選擇日本三菱的FX衛(wèi)N一08MR。

3）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一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(dòng)和運(yùn)行力矩，主提升機(jī)構(gòu)的變頻器一般比電動(dòng)機(jī)容量放大一個(gè)等級(jí)（若電動(dòng)機(jī)為90KW，則變頻器的容量可選110KW）；變頻器的制動(dòng)單元應(yīng)加大一個(gè)檔次，以便允許有較大的制動(dòng)電流，縮短制動(dòng)過(guò)程；制動(dòng)電阻的額定功率應(yīng)加大一倍。

2.2 系統(tǒng)圖

主起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖略。PLC端子及控制關(guān)系說(shuō)明：上述系統(tǒng)中PLC為控制中心，它的輸人信號(hào)來(lái)自主令控制器（用以控制主鉤電動(dòng)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(dòng)器控制信號(hào)），以及超載、限位等檢測(cè)信號(hào)。它的輸出信號(hào)控制變頻器和主電路（制動(dòng)器、風(fēng)機(jī)、變頻器電源電路）的通斷。

變頻器的各端子說(shuō)明如下 1：正轉(zhuǎn) ； 2：反轉(zhuǎn)；3：外部故障（制動(dòng)電阻過(guò)熱保護(hù)）；4：故障復(fù)位；5：多段速1，6：多段速2；7：多段速3；8：點(diǎn)動(dòng)；n：多功能輸人端子（5～8）的公共端；25：零速；26：速度一致；27：集電極開(kāi)路多功能。

2.3 PLC程序

本系統(tǒng)PLC程序?yàn)橐话愕捻樞蚩刂瞥绦?，其中的關(guān)鍵是要理清系統(tǒng)工作過(guò)程中實(shí)際需要的控制關(guān)系，以及把主令控制器的運(yùn)行及速度指令邏輯轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制輸出給變頻器多段速輸人端。

2.4 工作過(guò)程

系統(tǒng)上電后，在無(wú)故障反饋情況下，司機(jī)室駕駛員通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)的主令控制器發(fā)出操作指令信號(hào)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)和多段速輸人端，從而控制主鉤的升降運(yùn)行和變速。

2.5 溜鉤的防止

Vs 一 616 GS 矢量控制型變頻具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，在設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)時(shí)只需考慮PLC和變頻器的適當(dāng)配合，即可圓滿解決“溜鉤”問(wèn)題。如本例中可以利用集電極開(kāi)路輸出端的“零速”、“速度一致”信號(hào)分別控制機(jī)械制動(dòng)器的抱閘和松閘，或者用“頻率檢測(cè)信號(hào)”作為機(jī)械制動(dòng)器的松合閘控制指令。但都需要參數(shù)設(shè)置與之相配合，以取得制動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行之間的最佳配合。

2.6 功能擴(kuò)展

1）如果需要，可在PLC輸人端連接遙控器對(duì)橋式起重機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2）可以配置觸摸屏或液晶顯示器對(duì)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高頻脈沖輸人端，經(jīng)SPD脈沖速度計(jì)算指令計(jì)算用于速度控制和顯示。PLC與觸摸屏通過(guò)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。

2.7 系統(tǒng)保護(hù)

該系統(tǒng)中，變頻器本身具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、缺相、失速等多種保護(hù)和故障輸出功能，對(duì)主起升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，所以變頻器的輸出可以直接連接電動(dòng)機(jī)而不必接熱繼電器作過(guò)載保護(hù)。線路主回路中接有總接觸器和分接觸器，它們除了通斷線路的作用外，還兼有短路、過(guò)載、欠壓等多種保護(hù)。司機(jī)可以通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)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(wú)法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過(guò)急停開(kāi)關(guān)接通總斷路器的分勵(lì)脫扣線圈來(lái)斷開(kāi)電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門(mén)限位開(kāi)關(guān)和鑰匙開(kāi)關(guān)作為安全保護(hù)措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(jì)模式，應(yīng)用非常廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.12

[2]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2004

[3]孟彥京.變頻傳動(dòng)原理與設(shè)計(jì)[M].西安：陜西人民出版社，2002.

[4]西門(mén)子公司.$7200編程手冊(cè)[S].200L

[5]北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.ACS600變頻器用戶手冊(cè)IS]，2000