PLC和變頻技術(shù)在交流橋式起重機(jī)控制中的應(yīng)用

孫世順　白雪松

摘? 要：橋式起重機(jī)簡稱天車，是冶金企業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。為了滿足冶金企業(yè)快節(jié)奏的生產(chǎn)流程需要，橋式起重機(jī)也得到了創(chuàng)新發(fā)展，尤其是PLC和變頻技術(shù)在橋式起重機(jī)應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)提速，推動了冶金企業(yè)的發(fā)展。對于冶金企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員來說，為了更好地發(fā)揮PLC和變頻器技術(shù)在橋式起重機(jī)中的作用，需要對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入了解?；诖耍疚膶LC和變頻技術(shù)在交流橋式起重機(jī)控制中的應(yīng)用進(jìn)行研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：冶金企業(yè);起重機(jī);PLC和變頻技術(shù);應(yīng)用

引言

隨著智能控制技術(shù)、電力電子技術(shù)以及變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中所應(yīng)用的起重機(jī)也得到了長足進(jìn)步。以PLC控制器為核心，利用變頻技術(shù)、智能儀表技術(shù)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)四象限運(yùn)行，速度控制精確、可靠，可通過HMI人機(jī)界面直觀監(jiān)測起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行行程，有較完備的故障監(jiān)測及顯示系統(tǒng)。冶金企業(yè)中起重機(jī)的主要?jiǎng)幼饔姓蛱嵘?、正向下放、反向提升、反向下放四個(gè)，即往復(fù)運(yùn)動。以PLC控制器+變頻器的模式，對起重機(jī)的運(yùn)動進(jìn)行控制，達(dá)到平滑調(diào)速、提高調(diào)速精度，提升冶金企業(yè)產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏。

1、PLC控制系統(tǒng)相關(guān)概述

在冶金企業(yè)中，為滿足起重系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)了基于PLC的起重機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由電源、PLC、監(jiān)測控制系統(tǒng)、操作控制單元、變頻器、電動機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、減速器和卷筒等9個(gè)部分組成。電源部分為PLC及變頻器、電動機(jī)等系統(tǒng)主要組成部分提供電壓，操作人員通過控制操作控制單元按鈕完成PLC控制系統(tǒng)命令下發(fā)，并通過Modbus通信協(xié)議完成與變頻器的控制及通信，并由變頻器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，電機(jī)的輸出端經(jīng)過減速器與卷筒進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)貨物提升功能。在電機(jī)運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器通過通信線將當(dāng)前電壓、電流信息傳輸給PLC，與此同時(shí)通過監(jiān)測控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對貨物重量、貨物提升位置、系統(tǒng)電壓和繩索的狀態(tài)等多個(gè)狀態(tài)檢測，避免卷線和松動的發(fā)生。

2、變頻技術(shù)相關(guān)概述

變頻技術(shù)主要是將冶金企業(yè)設(shè)備運(yùn)行需要的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成不同頻率的交流電或者直流電來逆轉(zhuǎn)換成多種頻率的交流電，這是一種全新的技術(shù)手段，也是需要不斷探索完善的技術(shù)。除此之外，在轉(zhuǎn)換過程中不會產(chǎn)生電能的變化，反而只存在電流頻率的變化。這種變頻技術(shù)就可以很好的滿足交流電電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速的要求，同時(shí)還會實(shí)現(xiàn)對電機(jī)控制器的敏感監(jiān)測，可以有效的達(dá)到控制電流頻率的效果，真正做到了功率變化隨產(chǎn)量改變的目標(biāo)，這也能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

對于變頻技術(shù)原理來說，主要是冶金企業(yè)機(jī)電設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)現(xiàn)不同功率的工作要求。因此，為了讓電機(jī)提供的功率和實(shí)際運(yùn)輸所需要的功率達(dá)到一致，這就需要變頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際操作過程中，可以利用半導(dǎo)體元件來將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，進(jìn)而利用張力變送器將張力轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電，產(chǎn)生的電流會當(dāng)做是模擬信號進(jìn)而傳輸給張緊設(shè)備，同時(shí)還能進(jìn)行自動放大或者補(bǔ)償電流模擬信號來實(shí)現(xiàn)對傳輸帶和繩阻之間的摩擦阻力偏差值校正，可以真正實(shí)現(xiàn)對頻率的控制和轉(zhuǎn)化。不僅如此，張力控制還有較強(qiáng)的敏感度，這個(gè)特點(diǎn)就可以幫助設(shè)備在極少的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對張力調(diào)節(jié)的反應(yīng)，還能進(jìn)一步保障張力控制的準(zhǔn)確度和有效性。

3、PLC和變頻技術(shù)在交流橋式起重機(jī)控制中的應(yīng)用

3.1 PLC和變頻技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用

在冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，為了滿足各工序快節(jié)奏生產(chǎn)，起重機(jī)的應(yīng)用是必不可少的，橋式起重機(jī)小車工作系統(tǒng)主要作用是利用吊鉤的水平位移來微調(diào)其它物體的運(yùn)行速度和軌跡等參數(shù)，在其運(yùn)行期間并非都是滿載的，其一般是滿載與空載交替運(yùn)行，這種情況下，就可以應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，針對起重機(jī)滿載/空載的不同情況，對功率進(jìn)行調(diào)整，將該技術(shù)與智能化操作平臺結(jié)合在一起，這樣在滿載與空載情況下提供不同的功率，既可以有效的保證設(shè)備運(yùn)行效率和質(zhì)量，還能夠降低起重機(jī)運(yùn)行期間消耗的電能，節(jié)約能源資源。

3.2 將凸輪控制器控制改造為主令控制器+PLC+接觸器控制

只需要采取一個(gè)三擋位的主令控制器與兩只升降控制按鈕作為操作器件，就可以達(dá)到用PLC及接觸器模擬凸輪控制器的工作。其電路優(yōu)越性是：①保留原有的電阻器和控制方式不變，使操作者沒有不適應(yīng)的感覺;②節(jié)省了控制器的控制觸點(diǎn)，降低了故障率;③使用接觸器配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，大大減少了觸頭的燒損;④可靠性高，且控制方便，勞動強(qiáng)度大大降低;⑤通過改造控制器，節(jié)省了PLC的輸入接口，提高可靠性和經(jīng)濟(jì)性;⑥用PLC控制，大大提高電路控制的可靠性，且可縮短改造周期，維修方便;⑦利用主令控制器代替凸輪控制器控制，可以提高控制器的壽命，減少凸輪控制器來回轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磨損或機(jī)械卡死的故障。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了節(jié)省PLC的輸入、輸出接點(diǎn)，提高PLC的經(jīng)濟(jì)性，可對輸入、輸出接口的分配作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整：①可把艙門、端梁及欄桿門安全保護(hù)的常開觸頭串聯(lián)在一起后接在端口，一樣達(dá)到控制要求;②可把過電流保護(hù)的各臺電動機(jī)的過電流繼電的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后接在輸出接觸器線圈的公共回路，實(shí)現(xiàn)控制功能;這樣不用占用PLC的輸入接點(diǎn)，從而可以大大節(jié)省PLC的輸入接點(diǎn)。值得注意的是：若將過電流繼電器作為輸入信號看待，把它接在輸入端口時(shí)，應(yīng)接成常開觸點(diǎn)，便于理解原理圖;否則，若在PLC外部將其接成常閉觸點(diǎn)，那么梯形圖中就應(yīng)該畫成常開觸點(diǎn)。電路的安全保護(hù)主要體現(xiàn)在電源的控制上：一是只有所有操作開關(guān)均位于零位才能接通系統(tǒng)電源，故設(shè)計(jì)時(shí)利用啟動按鈕與零位開關(guān)串聯(lián)作為條件驅(qū)動主控指令，使系統(tǒng)受控于電源啟動，達(dá)到總控制的作用;二是系統(tǒng)的所有極限安全位置開關(guān)、急停開關(guān)、艙門、端梁及欄桿門保護(hù)開關(guān)均與總電源串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)總電源保護(hù)控制作用。由于系統(tǒng)要求所有門開關(guān)必須可靠閉合，系統(tǒng)才能通電工作，故門開關(guān)采用了常開觸點(diǎn)，確保人身安全。

結(jié)束語

綜上所述，在冶金企業(yè)中，PLC和變頻技術(shù)是各工序高效生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響著起重機(jī)的運(yùn)行效率和節(jié)奏，同時(shí)基于這一優(yōu)點(diǎn)，PLC和變頻技術(shù)還在集控系統(tǒng)、采礦機(jī)等方面得到了較好應(yīng)用。雖然目前起重機(jī)電設(shè)備中的變頻節(jié)能技術(shù)還沒完全普及，但是其低消耗、安全性的優(yōu)勢可以促進(jìn)冶金企業(yè)的發(fā)展，與生態(tài)的保護(hù)達(dá)到雙贏的結(jié)果。除此之外，將變頻節(jié)能技術(shù)和起重機(jī)結(jié)合到一起，還能有效的提高設(shè)備的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，延長設(shè)備的使用壽命，這也有利于降低對設(shè)備的保養(yǎng)和維修成本，促進(jìn)冶金企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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