變頻器和PLC在大型起重機(jī)控制中的應(yīng)用探討

陳飛龍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，起重機(jī)的性能和質(zhì)量都得到了明顯提高，在未來起重機(jī)的研究中將更加注重保證設(shè)備穩(wěn)定，提升節(jié)能效果等方面。本文針對大型起重機(jī)展開了探討，介紹了起重機(jī)控制系統(tǒng)和基本要求，并探討了變頻器與PLC在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，最后對系統(tǒng)應(yīng)用效果進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：變頻器;PLC;大型起重機(jī);控制;系統(tǒng)運行

起重機(jī)械屬于特種設(shè)備，大型起重機(jī)常被應(yīng)用于港口碼頭和物流運輸中，由于起重機(jī)作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，且工作量大，人們對起重機(jī)的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量要求較高，基于此，大型起重機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)具有控制精準(zhǔn)、維護(hù)成本少且可靠穩(wěn)定的特點。起重機(jī)控制系統(tǒng)是起重機(jī)的核心系統(tǒng)，傳統(tǒng)的起重機(jī)控制系統(tǒng)主要利用接觸器和繼電器來實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，隨著人們對起重機(jī)的性能要求不斷提高，這種控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足實際需求。變頻器與PLC在起重機(jī)控制系統(tǒng)中的合理應(yīng)用能夠滿足上述要求，并且具有良好的節(jié)能效果。

1? 起重機(jī)控制系統(tǒng)簡析和基本要求

1.1控制系統(tǒng)

變頻器與PLC是現(xiàn)代大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的核心元件，在起重機(jī)運行過程中，通常要通過制動單元配置進(jìn)行制動能耗，通過電氣控制系統(tǒng)的有效控制來維護(hù)電器元件。從整個控制過程來看，系統(tǒng)啟動主要依靠凸輪進(jìn)行控制，并接收PLC傳送上升和下降等特定指令，調(diào)用PLC時選用提前編制的程序。

1.2基本要求

通常來講，起重機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性，例如當(dāng)載荷超過額定載荷很小值，起重機(jī)要能正常工作，當(dāng)供電系統(tǒng)產(chǎn)生極小的波動時要求控制系統(tǒng)也能保障機(jī)構(gòu)正常運行，而且不會溜鉤。在實際工作中，大型起重機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)具有保護(hù)功能，可以通過合理的布設(shè)變頻器參數(shù)和光電編碼器之間的連接來實現(xiàn)保護(hù)功能。此外，制動器線路中應(yīng)安裝安全保護(hù)裝置，當(dāng)制動器線路存在故障時，安全保護(hù)裝置可以切斷制動器電源，防止對電器設(shè)備造成損傷。利用變頻器與PLC的控制系統(tǒng)要能夠進(jìn)行多點控制。如果發(fā)生斷電，控制系統(tǒng)要能夠保障制動器，使其進(jìn)行安全動作，防止機(jī)械設(shè)備發(fā)生損傷。

2 變頻器與PLC介紹

PLC也稱可編程序控制器，它主要由電源、CPU與輸入輸出等部分組成。PLC含有豐富的指令，是一個智能化系統(tǒng)。PLC可以通過采樣輸入信號來執(zhí)行用戶程度和控制輸出，其主要是面向外部設(shè)備來實現(xiàn)自動控制，近年來，PLC在自動化控制方面得到了廣泛應(yīng)用。但是由于大型起重機(jī)工作環(huán)境比較復(fù)雜，一旦程序在執(zhí)行時發(fā)生異常，就可能產(chǎn)生意外，一些關(guān)乎安全的功能也會無法使用，使整個控制系統(tǒng)癱瘓。因此，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，在系統(tǒng)設(shè)計時不能完全依賴于PLC，并且相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也要求起重機(jī)自身必須具有急停功能，其安全功能的實現(xiàn)需要軟件與硬件相結(jié)合?；诖耍谠O(shè)計大型起重機(jī)內(nèi)部的控制系統(tǒng)時，可以對關(guān)鍵控制點進(jìn)行雙重互鎖設(shè)計，從而使控制系統(tǒng)具有較高的安全性。變頻器作為一種控制元件，它主要是通過工頻轉(zhuǎn)換來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器不需要編程，但是在使用前要對常規(guī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。變頻器可以將輸出頻率設(shè)定為固定值，然后利用PLC實現(xiàn)動態(tài)控制。

3? 變頻器與 PLC 的具體應(yīng)用

3.1? 變頻器的具體應(yīng)用

變頻器是起重機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，因此，要科學(xué)地挑選變頻器，在變頻器中提供標(biāo)準(zhǔn)接口可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，同時對外部通信進(jìn)行控制。同時要選擇合適的制動斷續(xù)器，使系統(tǒng)內(nèi)外部之間能聯(lián)系起來，對電阻進(jìn)行有效制動，從而讓系統(tǒng)可以進(jìn)行動態(tài)制動。變頻器通常具有保護(hù)功能，如果出現(xiàn)故障可以通過保護(hù)功能實現(xiàn)整體保護(hù)，同時，變頻器抗沖擊力較強(qiáng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)矢量控制，可以對起重機(jī)進(jìn)行多段控制。

3.2? PLC 的具體應(yīng)用

PLC 具有操作簡單、控制精準(zhǔn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，因此被應(yīng)用到起重機(jī)控制系統(tǒng)中。PLC 控制過程較簡單，首先應(yīng)進(jìn)行輸入采樣，PLC要通過掃描的方式讀取輸入口的信號，這種掃描式的讀取信息不會發(fā)生遺漏，使控制更加精準(zhǔn)，掃描完成后將信號輸入到映像寄存器中，然后進(jìn)行程序的執(zhí)行，系統(tǒng)會自動對數(shù)據(jù)運算處理然后進(jìn)行輸出。PLC的運行模式為循環(huán)掃描工作模式，當(dāng)完成一個周期后，系統(tǒng)自動進(jìn)入下一個循環(huán)周期。通過計算機(jī)實現(xiàn)PLC指令的編譯可以控制開關(guān)的閉合，進(jìn)而對各部件進(jìn)行控制。

3.3? 制動單元

在起重機(jī)的日常運行過程中，其電動機(jī)會產(chǎn)生一定的負(fù)載，且此負(fù)載在特定條件可能會變成機(jī)械能，為了處理上述機(jī)械能，就要運用制動單元。通常有兩種方式，第一種是通過直流線回饋，這種方式主要是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化后再回饋給電網(wǎng)，但是，這種方法對電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，回饋裝置價格也比較高，因此，很少使用。第二種方法是通過制動電阻與制動單元吸收并處理能量，在多次實踐中表明這種方法具有可行性。

4? 系統(tǒng)運行

4.1? 變頻器

在起重機(jī)系統(tǒng)中，通過運用DTC技術(shù)，變頻器可以實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩和低電流大轉(zhuǎn)矩，有效進(jìn)行反饋。電動機(jī)在經(jīng)過磁通優(yōu)化后，其運行時產(chǎn)生的噪聲被有效緩解，在滿足電動機(jī)負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)的同時提高了運行效率。同時，起重機(jī)在工作過程中負(fù)載是變化的，即使在這種情況下，起重機(jī)仍具有較高的工作效率，變頻器抗沖擊能力強(qiáng)，通過運用閉環(huán)矢量控制功能，可以實現(xiàn)對多段速度的控制，使起重機(jī)控制性能有所提高。

4.2? 定期檢修

大型起重機(jī)的控制系統(tǒng)要定期進(jìn)行檢修，首先要進(jìn)行電阻試驗，主要針對系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)觸頭，檢查其是否有短路現(xiàn)象，是否接觸良好。其次要對變壓器和電動機(jī)等常用設(shè)備進(jìn)行直阻測試。通過測試，將接頭溫度過高且直阻也不在標(biāo)準(zhǔn)范圍的元件或設(shè)備記錄下來，然后進(jìn)行分解檢測，系統(tǒng)考慮相關(guān)影響因素，全面分析，找到問題，并進(jìn)行及時處理，再對有問題部件進(jìn)行相關(guān)測試，直到各數(shù)據(jù)恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值方可。

4.3? 綜合管理

起重機(jī)在運行時由電控系統(tǒng)進(jìn)行控制，電控系統(tǒng)主要通過PLC編程進(jìn)行控制，PLC控制系統(tǒng)性能良好，并且功能性較強(qiáng)，它可以實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，操作比較方便直觀，更有利于人們對起重機(jī)進(jìn)行綜合管理。此外，運用PLC控制技術(shù)能夠在較大層面完成設(shè)備的全面控制，技術(shù)人員可以在操作室內(nèi)部安裝觸摸顯示屏，這樣可以實時掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以第一時間進(jìn)行處理。

5? 應(yīng)用效果

與以往的控制系統(tǒng)相比，運用變頻器與PLC的控制系統(tǒng)能夠增加環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的起重機(jī)耗能較多，其需要通過電阻串聯(lián)構(gòu)成轉(zhuǎn)子回路，時間一長，此回路會消耗大量電能，變頻器與PLC的應(yīng)用節(jié)約了能源，符合現(xiàn)代發(fā)展理念。變頻器能夠通過調(diào)整電源頻率來控制轉(zhuǎn)速，不用把電能消耗在外界電阻中，這就減少了電能的消耗，此外，當(dāng)起重機(jī)進(jìn)行減速制動時，變頻器可以把電能反饋至電網(wǎng)，使能源循環(huán)利用，具有較高的環(huán)境效益。此外，變頻器與PLC的應(yīng)用延長了各元件和設(shè)備的使用壽命，尤其體現(xiàn)在接觸器上，以往的控制系統(tǒng)因動作頻繁，接觸器觸頭使用次數(shù)過多極易損壞，變頻器與PLC的應(yīng)用解決了這一問題，設(shè)備維修保養(yǎng)費用支出大大減少，企業(yè)能夠節(jié)省大量成本投入，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

6? 結(jié)語

綜上所述，對大型起重機(jī)的控制來說，變頻器與PLC的應(yīng)用不僅能夠使控制系統(tǒng)平穩(wěn)可靠地運行，而且具有一定的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，在今后的研究中，要注重變頻器和PLC在大型起重機(jī)控制中的應(yīng)用的研究，讓其發(fā)揮更大的作用和功能，并得到廣泛推廣和使用。

參考文獻(xiàn)

[1]肖鈥鑫.解析變頻器和PLC在大型起重機(jī)控制中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2020（09）：199-200.

[2]鄭樹民.變頻器在起重機(jī)中的應(yīng)用[J].鄭鐵科技，2019（04）：38-40.