起重機電氣設計中PLC技術的應用

文磊

摘要：在港口碼頭，起重機是非常重要的的裝卸設施之一。特別是隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，碼頭上物資交流的也越來越頻繁，起重機需要的運貨量日益增加。為了能夠滿足日益增長的工作量，碼頭起重機結構逐漸的向大型化、復雜化趨勢發(fā)展。PLC優(yōu)點在于體積小、功能大、可靠性高、能夠在惡劣的環(huán)境下工作，并且對不同工業(yè)控制場合都能夠適應。變頻器的運用完成調整功能，能夠使起重機調速范圍更加的廣闊，除此之外，還具有低速就位作用，不僅使電動機運行效率提高了，而且穩(wěn)定性、可靠性極強。而本文主要探討55千瓦電機、ABB公司變頻器的十噸碼頭起重機PLC的應用情況。

關鍵詞：PLC;碼頭起重機;技術應用

引言

對于大型的碼頭起重機而言，其在工作的時候是需要對起重機啟動制動加正反轉頻繁的進行控制，所以對于電控系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高。而在傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)中，大多數(shù)使用的都是一些繼電器組合而成的控制柜，不僅控制系統(tǒng)相對較為復雜，而且在日常維護以及調試方面極其不方便。而碼頭起重機中PLC將自動化、計算機技術、通訊技術等不同的技術有效的結合在一起，使繼電器使用大幅度的減少了，不僅使系統(tǒng)電路的設計更加的簡單，而且使控制更加的高效，調試更加的便利。本文針對10噸碼頭起重機設計了PLC系統(tǒng)，主要應用于55千瓦電機以及ABB變頻器中，不但將電機效率提高了，而且起重機穩(wěn)定性更強，使其能耗降低的同時，將使用壽命延長了。

一、起重機電氣設計中PLC技術硬件配置

（一）電動機選型

在碼頭機械設施中，除了一些長期負載的電動機以外，比如說輸送機、泵類Y系列電動機，剩余的都是運用起重以及冶金的電動機。由于碼頭起重機對于起升、變幅電動機的要求非常高，所以在電動機的選擇上要以變頻專用的籠型轉子異步電動機為主。與普通的異步電動機進行比較，變頻電動機不僅內部結構不相同以外，而且對于絕緣的要求也非常高。目前碼頭起重機大多數(shù)都是以變頻系統(tǒng)中交-直-交電壓型為主。在國內很多用戶多運用380V級供電，這時候直流母線端的電壓大約是在500至600V，當能量由電動機向直流母線反饋的時候，最可以允許電壓力達到800V。由于電壓是由變頻器IGBT模塊在通過PWM調制后以正弦波進行傳遞的，所以高頻脈沖波形成了電壓波形，并且最高能夠達到1000至1200V，所以對于變頻電動機要求較高，其必須要符合規(guī)范的絕緣等級，所以這是普通電動機所無法替代的。PWM是變頻電動機電壓波主要的調制器，并且進行傳遞的工具，而當系統(tǒng)中沒有加入濾波器時，會產(chǎn)生很多高次諧波，使電動機持續(xù)發(fā)熱，這就需要變頻電動機冷卻效果要好。另外，變頻電動機工作時可以處于低頻或者是零速狀態(tài)，所以，電動機風道交換熱量的功能就無法發(fā)揮出來，為此在使用大功率變頻電動機的時候，冷卻風機的配置是必不可少的。

YZR系列變頻調整電動機是由YZ、YZR系列普通電動機演變而來的，主要運用到了對不同類型起重機、其他設備的驅動上，不僅調速范圍較廣，而且承載能力較然而，機械強度較高。所以，非常合適用到運行較短且連續(xù)，起動、制動頻繁，負荷較大且振動、沖擊明顯的設備，為此此次設計將其作為了電動機的選用對象。

（二）變頻器選型

變頻器功率輸出、電流要大于或者是等于被驅動異步電機功率、電流。與電機相比較，其過載能力較弱，如果電機過載，變頻器會受到損壞;或者是實際機械負載功率無法承受過大的電機功率，而用戶卻將機械功率調到了電機輸出功率，那么這時候變頻器功率要大于或者是等于電機功率。另外有些電機額定電流值非常特別，并不符合常規(guī)標準，也有些電機額定電壓偏低，而電流較大，這時候變頻器額定電流要大于或者是等于電機額定電流。此次設計工作環(huán)境是在 0～40℃，變頻器也安裝了空調以達到冷卻作用，電網(wǎng)所輸入的電壓是380V。針對變頻器原則，此次設計選擇的是ABB公司變頻器。

由于變頻器功率的輸出、電流的選擇都要大于或者是等于被驅動異步電機功率、電流，為此此次設計所選用的變頻器是ABB變頻器，能夠適用的電機容量是55kW，并且采用的是一對一方法，也就是說一臺變頻器來對一臺電動機進行控制。由于旋轉、行走機構電動機數(shù)量很多，并且主要是以平移機構為主，不會要求較高的轉矩，所以一般情況下都是運用v/f 方式來完成控制工作。此方法能夠運用多臺電動機由一臺變頻器來帶動，為此對于旋轉機構主要是兩臺電動機由一臺變頻器來控制，而行走機構則是四臺電動機由一臺變頻器控制。

（三）PLC選型

PLC運行時CPU數(shù)據(jù)的采集主要是通過掃描速度的設定，在采樣完成以后會輸入到CPU中進行處理，然后向用戶程序進行傳輸，以數(shù)據(jù)的輸入作為基礎來對執(zhí)行程序進行制定，制定完以后運用輸出模塊輸出，掃描執(zhí)行結束，在運行中CPU會重復此過程，以確保程序能夠順利完成工作。首先是采樣的輸入，主要是通過編程控制器將要采集的信號、數(shù)據(jù)進行讀入，采集時要對采集位號掃描時間進行制定，使收集的數(shù)據(jù)能夠準確的傳輸?shù)脚c其對應的單元中。數(shù)據(jù)采集完畢會進入到執(zhí)行、刷新程序，即使到達了最后程序，存儲的采集數(shù)據(jù)也沒有變化;其次執(zhí)行程序，要以程序指令作為依據(jù)，并且嚴格執(zhí)行，一般是由上至下，由左至右進行掃描的，掃描結果通過運算程序來計算，運行中程序的更改要在下個運行周期才會對命令進行執(zhí)行;然后是刷新輸出，數(shù)據(jù)掃描后經(jīng)過輸出傳輸并且對指令進行刷新，此過程重點是CPU存儲中的數(shù)據(jù)刷新并且保存到鎖存器中，在連接輸出模塊后，對外部設備驅動來達到指令執(zhí)行的目的。本次設計選用的是西門子PLC，CPU選擇的是CPU317-2DP/PN，此型號的CPU能夠使十噸碼頭起重機運行、生產(chǎn)需求得到滿足。

二、起重機電氣設計中PLC技術系統(tǒng)實現(xiàn)與分析

為了能夠使PLC技術在運行的時候更具科學性、合理性、可靠性，在設計中也同時采取了很多維護的措施，例如輸出模塊的增加。另外為了能夠有效的避免由于外電路短路等各種原因而導致的輸出端口出現(xiàn)損壞情況，在PLC技術系統(tǒng)的輸出口也裝置了短路保護設施，除此之外聯(lián)鎖、互鎖功能軟硬件設置也有所增加。

起重機電氣設計中PLC技術的運用，使碼頭裝卸的效率提高了，并且系統(tǒng)在運行的時候，啟、制動較為平衡，在進行加、減速度的時候沖擊很小，提高了安全性，使機械使用的壽命延長了;而電氣的制動的實現(xiàn)是由變頻器來完成的，使能耗降低的同時，維護量也減少了;在電機速度與零接近的時候將機械制動投入，大幅度的延長了機械剎車制動片壽命;使交流接觸器大量減少的同時，達到了無級調速的目的;而PLC、變頻器本身所具備的保護、檢測等功能，使電控系統(tǒng)穩(wěn)定性提高了。變頻調速的改進減少了清理維護的工作量，維護成本節(jié)省了，將運行中故障發(fā)生率降低的同時，有效的緩解了技術方面的難題。

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