基于PLC與變頻器對橋式起重機(jī)電氣控制的技術(shù)改造

崔興艷 宮洵

[摘 要] 以某廠15/3T橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)改造為研究對象，針對其傳統(tǒng)控制存在故障率高、可靠性和安全性低的特點(diǎn)，在保持原有起重機(jī)中大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)不變的前提下，采用現(xiàn)代控制技術(shù)，即交流變頻調(diào)速和PLC，對該橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行電氣改造，構(gòu)建了相應(yīng)技術(shù)改造方案并進(jìn)行了具體項(xiàng)目的實(shí)施。

[關(guān) 鍵 詞] PLC與變頻器；橋式起重機(jī)；電氣控制；技術(shù)改造

[中圖分類號] TH215 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）09-0031-01

橋式起重機(jī)作為工廠中一種搬運(yùn)物料的機(jī)械設(shè)備，其提升機(jī)構(gòu)工作的安全性和可靠性是保證物料在高空運(yùn)輸?shù)那疤?，同時(shí)對地面設(shè)備和人員的安全也是至關(guān)重要。隨著設(shè)備使用年限的增加和繼電器-接觸器有觸點(diǎn)控制性能的下降，橋式起重機(jī)在物料搬運(yùn)中出現(xiàn)故障的概率逐漸增加。經(jīng)過長期使用后，某廠15/3T橋式起重機(jī)出現(xiàn)限位失靈、設(shè)備噪音過大、設(shè)備顫動(dòng)大、掛不上檔位、元件過熱燒壞、甚至出現(xiàn)飛車等故障現(xiàn)象，給設(shè)備和人員的安全帶來了嚴(yán)重的威脅。PLC作為現(xiàn)代工業(yè)控制的主流產(chǎn)品，存在著可靠性高、控制功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，對電氣控制進(jìn)行PLC改造是現(xiàn)實(shí)可行的。

完成橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造，包括：1.橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；2.橋式起重機(jī)PLC和變頻器改造硬件設(shè)計(jì)；3.橋式起重機(jī)PLC控制電路程序設(shè)計(jì)編制出PLC改造的程序；4.PLC改造的程序進(jìn)行程序調(diào)試完成安裝接線和調(diào)試運(yùn)行。

一、橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

由于橋式起重機(jī)工作時(shí)具有頻繁起動(dòng)和短時(shí)工作的特點(diǎn)，因此用PLC和變頻器對橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的進(jìn)行改造，可以解決傳統(tǒng)控制的缺點(diǎn)。改造時(shí)把起重機(jī)操作面板上的各按鈕、限位開關(guān)等，作為PLC的輸入，把接觸器、繼電器和電磁鐵及指示燈等作為PLC的輸出，再通過變頻器可完成相關(guān)起重機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。

二、橋式起重機(jī)PLC和變頻器改造硬件設(shè)計(jì)

（一）PLC的I/O資源配置

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對PLC的I/O進(jìn)行配置，具體分配如下：

PLC輸入設(shè)備主要包括控制按鈕、限位開關(guān)，共有26個(gè)關(guān)開輸入量。

PLC輸出設(shè)備主要有各種接觸器、指示燈等，共有7個(gè)數(shù)字量輸出。

（二）PLC選型并設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接線圖

PLC選型時(shí)要根據(jù)其控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性和合理性等方面來綜合考慮，可選擇西門子S7-200系列CPU224 PLC作為橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)，選擇EM223作為控制系統(tǒng)擴(kuò)展模塊，由于其主機(jī)具有14/10點(diǎn)輸入和輸出，擴(kuò)展模塊帶有16點(diǎn)DC輸入/16點(diǎn)DC輸出，因此可以滿足控制系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)的要求，并留有一定余量為后續(xù)擴(kuò)展提供必備條件。

（三）其他資源配置

PLC和擴(kuò)展模塊的核心器件選好后，還需要配置各種限位開關(guān)、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。

三、橋式起重機(jī)PLC控制電路程序設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)完成后，就可以根據(jù)起重機(jī)的控制要求和I/O分配進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)即編程，編程采用功能流程圖的設(shè)計(jì)方法，需要先設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的控制功能流程圖，然后根據(jù)具體的控制要求，逐步細(xì)化控制框圖，最后完成每個(gè)功能模塊的各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行編譯、調(diào)試、修改過程。

根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求，控制過程可采用手動(dòng)人工操作進(jìn)行，每部分設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行?？梢酝ㄟ^按鈕對大車、小車和起重機(jī)進(jìn)行啟?？刂?，并且可以通過變頻器面板上的按鈕調(diào)節(jié)頻率來改變起重機(jī)各個(gè)方向運(yùn)行的速度。

各工作過程是根據(jù)重物所處的位置，并按照PLC讀取的變頻器參數(shù)進(jìn)行控制。

在軟件設(shè)計(jì)過程中，使用了很多軟器件如寄存器、中間繼電器、定時(shí)器等，為了便于編程及修改，把程序中所用到的軟器件如M和V等列出表格，實(shí)現(xiàn)中間環(huán)節(jié)的控制。程序設(shè)計(jì)采用先分成各模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，最后再匯總的方式。

四、橋式起重機(jī)調(diào)試及運(yùn)行

（一）程序調(diào)試及運(yùn)行

為了保證所接橋式起重機(jī)PLC改造后電氣控制板的制作質(zhì)量，在運(yùn)行之前先對程序進(jìn)行監(jiān)控調(diào)試，如果出現(xiàn)問題可反復(fù)修改，直到成功為止。如果未發(fā)現(xiàn)異常情況，可對電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載做通電實(shí)驗(yàn)。

（二）整機(jī)安裝及調(diào)試運(yùn)行

程序調(diào)試成功后，可對起重機(jī)的電氣控制進(jìn)行整機(jī)安裝和調(diào)試，按照安裝布線的工藝要求進(jìn)行元器件和布線。然后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試及運(yùn)行，直到正常工作為止。

以上介紹了橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造過程，此控制系統(tǒng)采用了西門子公司的S7-200PLC作為核心控制設(shè)備，采用MM440作為變頻調(diào)速。經(jīng)過一段時(shí)間實(shí)際運(yùn)行，改造后的橋式起重機(jī)故障率大大降低，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)踐證明此次改造是現(xiàn)實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔興艷.機(jī)床電氣設(shè)備及升級改造[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015-11.

[2]張玉湖.PLC與變頻器在橋式起重機(jī)電氣改造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（1）.