橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用

杜晉雁

摘要：橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)采用專(zhuān)用G7變頻器控制，可以輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，速度控制范圍較寬，調(diào)速精度較高，速度響應(yīng)時(shí)間快，啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩大，有專(zhuān)用卷?yè)P(yáng)的s參數(shù)設(shè)置，從而使卷?yè)P(yáng)電機(jī)在零速時(shí)，也能提供較大的額定轉(zhuǎn)矩輸出，防止卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，提高了起重機(jī)使用中的安全I(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

1工程概況

某軌道廠1#線百米區(qū)的2臺(tái)橋式起重機(jī)是25t+25t雙梁橋式起重機(jī)，擔(dān)負(fù)1#線生產(chǎn)的百米重軌的入垛及裝車(chē)工作，2臺(tái)吊車(chē)操控是遙控器操作方式，而且需要2臺(tái)吊車(chē)聯(lián)動(dòng)工作。如采用傳統(tǒng)的交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，繼電器一接觸器控制。則控制系統(tǒng)不能滿足快速、安全、高效的生產(chǎn)和工作需要，也實(shí)現(xiàn)不了2車(chē)聯(lián)動(dòng)和遙控操作準(zhǔn)確精準(zhǔn)的工作。采用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其拖動(dòng)及控制系統(tǒng)可輕松完成。

2拖動(dòng)系統(tǒng)基本情況

軌梁廠1#線百米橋式起重機(jī)電氣拖動(dòng)有大車(chē)電機(jī)4臺(tái)，小車(chē)、卷?yè)P(yáng)電機(jī)各2臺(tái)。電動(dòng)機(jī)為鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，制動(dòng)方式為電磁機(jī)械制動(dòng)及變頻器能耗制動(dòng)。

3變頻調(diào)速設(shè)計(jì)基本思路

橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)由3個(gè)基本獨(dú)立的機(jī)構(gòu)組成：大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)、小車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)拖動(dòng)系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的調(diào)速方式。百米橋式起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、卷?yè)P(yáng)電動(dòng)機(jī)都需要獨(dú)立運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)有8臺(tái)電動(dòng)機(jī)。大車(chē)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用1臺(tái)變頻器控制，共2臺(tái)75kW變頻器控制，小車(chē)機(jī)構(gòu)1臺(tái)變頻器控制2臺(tái)電機(jī)。卷?yè)P(yáng)2臺(tái)75kW電機(jī)分別由2臺(tái)110kW變頻器單獨(dú)控制。用西門(mén)子PLCS7-300來(lái)接收信號(hào)和發(fā)送控制信號(hào)的控制方式，完成系統(tǒng)邏輯控制部分的控制。電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號(hào)經(jīng)遙控系統(tǒng)的接收機(jī)以硬接線的方式進(jìn)入PLC，經(jīng)處理后向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)工作。

3.1大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)

大車(chē)為雙梁結(jié)構(gòu)，分別為4臺(tái)22kW電機(jī)，拖動(dòng)整臺(tái)起重機(jī)順著車(chē)間做“橫向”運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行速度6m/min可調(diào)。調(diào)速比為1：6。拖動(dòng)方案：采用普通籠型異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。大車(chē)為4臺(tái)45kW電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，所以2臺(tái)電機(jī)共用1臺(tái)75kW功率的變頻器作為控制。采用U/f開(kāi)環(huán)控制方式，采用的變頻器的容量PN應(yīng)為1臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量PMN的2倍以上。

3.2小車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)

小車(chē)由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，單臺(tái)電機(jī)功率為8.5kW。小車(chē)拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運(yùn)動(dòng)。速度3.5ndmin可調(diào)。調(diào)速比為1：4。拖動(dòng)方案：也采用普通的籠型異步電動(dòng)機(jī)，配11kW變頻器，采用U/f開(kāi)環(huán)控制方式。

3.3卷?yè)P(yáng)拖動(dòng)系統(tǒng)

卷?yè)P(yáng)采用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)連軸拖動(dòng)。卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)重物做吊起或放下的“上下”運(yùn)動(dòng)。卷?yè)P(yáng)電機(jī)75kW起重20t，運(yùn)行速度10m/min可調(diào)，調(diào)速比為1：10。拖動(dòng)方案：卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)用電動(dòng)機(jī)要求較高，屬于位能變動(dòng)性負(fù)載，系統(tǒng)要求具有良好的動(dòng)態(tài)性能。故此電動(dòng)機(jī)必需使用具有優(yōu)越性、高性能的變頻專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)在選擇時(shí)比原功率適當(dāng)提高，以獲得足夠的力矩值。2臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別配置變頻器，并裝有測(cè)速編碼器，采用帶PG卡速度反饋的閉環(huán)矢量控制方式。變頻后轉(zhuǎn)速可以分檔控制，采用5段速度運(yùn)行，從低到高自由切換。

3.4電機(jī)制動(dòng)方式

采取由變頻器外接的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻消耗掉的方式，并配有電磁機(jī)械制動(dòng)方式。采取再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的辦法。由變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動(dòng)和直流制動(dòng)把運(yùn)動(dòng)中的大車(chē)、小車(chē)和卷?yè)P(yáng)的速度迅速而準(zhǔn)確地降到零，使它們停止。對(duì)于起重機(jī)，常常會(huì)有重物在半空中停留一段時(shí)間（如重物在半空中平移），而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物靜止，但因設(shè)備容易受到外界因素的干擾（如在平移過(guò)程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電），因此，仍然必須利用電磁制動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)。

4變頻器的選用

適用于起重機(jī)使用的變頻器有好多種。選用G7系列變頻器。此變頻器具有全磁通矢量控制，在低頻下也能提供150%額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。有速度反饋環(huán)節(jié)，可作到零速控制（即使在零速下也有150%額定轉(zhuǎn)矩輸出）。該變頻器可以通過(guò)設(shè)定參數(shù)的存取級(jí)別來(lái)選擇其控制方式。通常有4種方式可選：無(wú)PGU/f開(kāi)環(huán)控制方式、有PGU/f閉環(huán)控制方式、無(wú)PG開(kāi)環(huán)矢量控制方式、有PG閉環(huán)矢量控制方式。大車(chē)、小車(chē)拖動(dòng)機(jī)構(gòu)由于其慣量較大，負(fù)載變化相對(duì)較小，基本上屬于阻力性負(fù)載，故采用無(wú)PG的U/f開(kāi)環(huán)控制方式，不帶測(cè)速編碼器。卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)由于負(fù)載變化較大，為了獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)。電機(jī)安裝有測(cè)速編碼器，采用有PG-B2速度控制閉環(huán)矢量控制方式，以獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械特性。關(guān)于溜鉤的防止：本系統(tǒng)中由于G7系列變頻器具有的零速下的轉(zhuǎn)矩功能，故只需通過(guò)PLC和變頻器的適當(dāng)配合即可圓滿解決溜鉤問(wèn)題。橋式起重機(jī)的速度調(diào)節(jié)可利用變頻器的多級(jí)頻率選擇功能。G7系列變頻器可使用8個(gè)頻率指令和1個(gè)點(diǎn)動(dòng)頻率指令，見(jiàn)圖1中的變頻器接線。

由此，最高可9段速。為了切換這些頻率指令，可在多功能輸入，設(shè)定多段速指令1～3和點(diǎn)動(dòng)頻率來(lái)選擇。將端子1接通則電機(jī)正轉(zhuǎn)，端子2接通則反轉(zhuǎn)，將多段速指令1、2、3三對(duì)端子分別接通，或其中2對(duì)或3對(duì)同時(shí)接通，可得8種頻率，這個(gè)功能可以通過(guò)PLC程序控制相應(yīng)的繼電器得電，完成速度的轉(zhuǎn)換，從而可方便地得到起重機(jī)所要求的正反2個(gè)方向各5種速度。電機(jī)加減速的時(shí)間可以通過(guò)變頻器的設(shè)定來(lái)進(jìn)行改變。

5遙控器的選用

操作控制器采用的是格林“一拖二”遙控器，兩車(chē)聯(lián)動(dòng)時(shí)，兩臺(tái)操作遙控器都選擇“聯(lián)動(dòng)”模式，由其中一臺(tái)遙控器同時(shí)向安裝在兩車(chē)司機(jī)室內(nèi)的接收機(jī)發(fā)出工作指令，接收機(jī)收到控制指令后，通過(guò)硬接線的方式將控制信號(hào)接人到PLC的輸入模板中，完成兩臺(tái)吊車(chē)的小車(chē)、卷?yè)P(yáng)的聯(lián)動(dòng)。

結(jié)束語(yǔ)

采用變頻器及PLC對(duì)橋式起重機(jī)進(jìn)行了改造。起重機(jī)控制系統(tǒng)比切換轉(zhuǎn)子電阻的交流接觸器、串聯(lián)電阻等電氣元件的控制方式，電氣控制線路大為簡(jiǎn)化。起重機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程更加平穩(wěn)快速，減少了負(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高。采用PLC程序控制比復(fù)雜的接觸器、繼電器控制系統(tǒng)線路更優(yōu)化，電路實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)化，故障率大大降低。采用變頻調(diào)速，機(jī)械特性硬，負(fù)載變化時(shí)各檔速度基本不變。輕載時(shí)也不會(huì)因操作不當(dāng)而出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

（作者單位：太原重工股份有限公司）