PCL與變頻器在橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用研究

劉正峰　張小可　姬予寧　甘歡慶

摘 要：在新時(shí)代背景下，越來越多的行業(yè)獲得了長足發(fā)展，越來越多的企業(yè)處于不斷革新中。橋式起重機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，能夠幫助各個(gè)企業(yè)提高工作效率和水平。但是，橋式起重機(jī)的工作環(huán)境一般都比較惡劣，反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等各項(xiàng)操作十分頻繁，還有一定的調(diào)速范圍，具有傳統(tǒng)特點(diǎn)的計(jì)量控制和串電阻調(diào)速，已經(jīng)出現(xiàn)了許多缺點(diǎn)，要科學(xué)改造生產(chǎn)機(jī)械。文章主要對PCL與變頻器在橋式起重機(jī)電梯控制系統(tǒng)改造中的運(yùn)用，進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，希望為相關(guān)工作人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：PCL;變頻器;橋式起重機(jī);電氣控制系統(tǒng)改造

中圖分類號：TM571.61;TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.017

在新時(shí)代背景下，大眾對自己的生活質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量等各方面都加強(qiáng)了關(guān)注，并且提出了更高的要求。電子技術(shù)、微電子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且憑借自身強(qiáng)大的優(yōu)勢與特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。PCL控制技術(shù)與變頻調(diào)速技術(shù)，憑借自身可靠性高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)在傳動(dòng)領(lǐng)域中獲得了關(guān)注，并且受到了一致好評?；诖耍恼轮饕獙CL與變頻器在橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造中的運(yùn)用進(jìn)行了深入探討。

1 橋式起重機(jī)控制要求

通過認(rèn)真分析和深入研究橋式起重機(jī)的運(yùn)行部分，發(fā)現(xiàn)支護(hù)主要包括三個(gè)方面，即大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)能夠完成橋式起重機(jī)水平方向的前、后移動(dòng)，主要使用兩臺電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榇筌囘\(yùn)行的速度非常緩慢，變頻器的運(yùn)行效率偏低。因此，兩臺電機(jī)使用一臺變頻器控制功率，按照電機(jī)功率確定。

小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)完成橋式起重機(jī)水平方向的左、右運(yùn)動(dòng)，在正常情況下，都會(huì)選用一臺變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，想要確定變頻器的功率，還要由電機(jī)功率確定。

升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要完成重量較大貨物的升降運(yùn)動(dòng)，用一臺電機(jī)，選擇一臺專用變頻器驅(qū)動(dòng)。

2 橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)范圍中，當(dāng)起升機(jī)部分吊起貨物或者減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。通過反饋裝置將自身作用全部發(fā)揮出來，電能輸送給電腦或者消耗在制動(dòng)電阻上，避免直流側(cè)的上升電壓，對最終效果產(chǎn)生影響。

起重機(jī)構(gòu)提出了更高的要求，啟動(dòng)運(yùn)行要非常平穩(wěn)。要有與之對應(yīng)的方法策略，避免起升機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)或者停止過程中出現(xiàn)溜鉤等問題，起重機(jī)構(gòu)中還要有機(jī)動(dòng)制動(dòng)器存在。

3 PCL控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

PCL還有一個(gè)非常響亮的名字，就是可編程控制器。其具有強(qiáng)大的功能，而且具有使用方便、簡單等優(yōu)勢與特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中扮演著重要角色，占據(jù)著關(guān)鍵位置，并且得到了廣泛應(yīng)用，獲得了一致好評。

3.1 抗干擾能力強(qiáng)

通過對具有傳統(tǒng)特點(diǎn)的繼電器控制系統(tǒng)分析可知，其中運(yùn)用了非常多的中間繼電器、時(shí)間繼電器，因?yàn)榫€路極其復(fù)雜，而且接點(diǎn)接觸不良的問題，增加了故障出現(xiàn)的概率。這時(shí)，PCL軟件替代了中間繼電器和時(shí)間繼電器，只是連接輸入、輸出相關(guān)的硬件元件，使接線變得更加簡單靈活，而且降低和減少了因接點(diǎn)接觸不良而出現(xiàn)問題的可能性。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝等工作量小

PCL憑借軟件功能，替代了繼電器控制系統(tǒng)中的很多中間繼電器、時(shí)間繼電器。此系統(tǒng)無論是設(shè)計(jì)還是安裝等各項(xiàng)工作的工作量都非常小，降低了相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高了工作水平與效率[1]。

3.3 為后期維修工作打下良好基礎(chǔ)

PCL發(fā)生問題的概率很小，并且還具有完善性特點(diǎn)的故障診斷功能，能為后期維修工作打下良好基礎(chǔ)，提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持與幫助。

3.4 節(jié)約能耗

比較PCL系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)二者之間有著較大差異。PCL系統(tǒng)中沒有很多中間繼電器、時(shí)間繼電器等元器件，使得控制柜體積不再像以前那樣龐大，而且配線非常簡單、用量極少，可以節(jié)約大量能耗，為企業(yè)節(jié)省支出費(fèi)用[2]。

4 橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的主要情況

將橋式起重機(jī)加入到工業(yè)企業(yè)發(fā)展過程中后，其主要工作包括：把鐵水分離至十噸電爐中，在其中加入廢鋼、合金進(jìn)行調(diào)溫，當(dāng)爐內(nèi)鐵水的溫度已經(jīng)滿足相關(guān)要求后，橋式起重機(jī)再把球化鐵水分配到離心機(jī)進(jìn)行澆筑。

電氣控制系統(tǒng)中的缺點(diǎn)主要包括：其一，電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速會(huì)消耗大量電能，而且可以調(diào)速的范圍非常小，平滑性偏低;其二，繼電器接觸器控制系統(tǒng)在多次切換下，可能會(huì)出現(xiàn)沖擊電流極大、所串電阻燒毀和斷裂等各種問題，增加安全事故出現(xiàn)的幾率;其三，因?yàn)槠交云停瑢β?lián)軸器剛失常產(chǎn)生的影響非常大，縮短了專業(yè)設(shè)備使用壽命;其四，系統(tǒng)抱閘在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，對制動(dòng)器傷害很大，甚至導(dǎo)致閘皮磨損嚴(yán)重。

因?yàn)闃蚴狡鹬貦C(jī)的工作環(huán)境非常惡劣，無論是空氣中的有害氣體，還是石墨、碳粉，都會(huì)對電機(jī)滑環(huán)、接觸器等各部分產(chǎn)生極大影響與破壞。加之橋式起重機(jī)每天的工作量很大，因此增加了安全事故發(fā)生的概率。將30天作為生產(chǎn)周期，發(fā)生問題的次數(shù)可以達(dá)到5次，對正常生產(chǎn)產(chǎn)生了極大影響。應(yīng)用怎樣的方法，才可以將出現(xiàn)的問題妥善解決，是每一位工作人員亟待解決和深思的問題。將PCL作為主控制裝置，再運(yùn)用變頻器調(diào)速，呈現(xiàn)出的效果會(huì)更好[3]。

5 改造方案分析

5.1 PCL型號的選擇及專業(yè)設(shè)計(jì)

由專業(yè)工作人員把起重機(jī)電控專業(yè)設(shè)備輸入輸出信號接入到PCL的I/0模塊，再結(jié)合具體工作情況對PCL編程。

其一，PCL有啟動(dòng)功能，橋式起重機(jī)操作人員在專業(yè)設(shè)備啟動(dòng)前，要將控制器全部切換到零位、進(jìn)出門的門限開關(guān)到位，之后接通主電源。操作主令開關(guān)上有專業(yè)設(shè)備狀態(tài)顯示屏，將設(shè)備實(shí)際狀態(tài)及各種問題信息全面顯示在工作人員眼前。

其二，主鉤、副鉤全部由鋼制成，提升限位超重、限位保護(hù)，無論是大車還是小車，都有行程開關(guān)、保護(hù)各個(gè)專業(yè)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作，只產(chǎn)生一定影響，不會(huì)限制其他設(shè)備。

其三，變頻器的問題較多，接入到PCL，任何變頻器出現(xiàn)問題，只會(huì)對拖動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生一定影響。

其四，吊鉤的升高與降低和小車前行與后退、大車左行與右行的操作互鎖。

其五，在實(shí)際操作過程中，不用對大車和小車進(jìn)行實(shí)際定位[4]。

5.2 變頻器的選型工作

為了降低和減少變頻器中出現(xiàn)的瞬間多電能情況，要給每一臺變頻器都增加一臺與之對應(yīng)的進(jìn)線電抗器。變頻器在電機(jī)制動(dòng)過程中，有時(shí)會(huì)處在再發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)中，這時(shí)需要制動(dòng)電阻消耗這一部分帶來的能量。因?yàn)樽冾l調(diào)速系統(tǒng)在重物下降的情況下，會(huì)第一時(shí)間進(jìn)行電機(jī)制動(dòng)，導(dǎo)致電機(jī)處在再發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)中。所以，需要在變頻器直流回路中接入自動(dòng)電阻，消耗這部分的再生電能，并大幅提升電機(jī)的制動(dòng)能力，使運(yùn)行過程中的大車、小車、吊鉤迅速回到零的狀態(tài)當(dāng)中[5]。

5.3 變頻調(diào)速的控制重點(diǎn)和要點(diǎn)

在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中，還要加大對溜鉤問題的控制力度。液壓抱閘抱住電梯前和松開后的瞬間極易出現(xiàn)重力，因此處在停止?fàn)顟B(tài)可能會(huì)出現(xiàn)溜鉤問題。

其一，橋式起重機(jī)停止控制的重點(diǎn)。通過精準(zhǔn)設(shè)定停止的頻率、維持的時(shí)間等各項(xiàng)內(nèi)容，變頻器的工作頻率下降到一定比率時(shí)，就會(huì)迅速給出頻率到達(dá)的信號，將液壓抱閘斷定指令快速發(fā)出，延遲液壓抱閘釋放，使變頻器工作頻率下降到零的狀態(tài)。

其二，起重機(jī)升降控制的重點(diǎn)。設(shè)置出升降起始頻率以及檢測電流時(shí)間，當(dāng)變頻器已經(jīng)到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)，就要對電流進(jìn)行查看，以此確定電流已經(jīng)達(dá)到相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)的力矩可以抵消下降力矩，發(fā)出的抱閘松開指令，可以使液壓抱閘通電松開。

其三，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高設(shè)置工作。進(jìn)入調(diào)試過程后，要結(jié)合具體情況適當(dāng)提高中頻電壓，改善低頻特點(diǎn)，提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩[6]。

6 各模塊的實(shí)際功能

改進(jìn)后的橋式起重機(jī)，在控制系統(tǒng)中，PCL控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收開關(guān)信號的輸入，以及對當(dāng)前系統(tǒng)中的內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真判斷，分析輸出信號控制接觸器、繼電器等器件，有序完成發(fā)布的任務(wù)。

PCL系統(tǒng)還接受上級未給予的命令，以自動(dòng)方式采樣。運(yùn)用模塊化的方法，程序共分為四個(gè)模塊，具體如下：

其一，按鈕處理模塊?？刂聘鱾€(gè)電動(dòng)機(jī)和電磁閥的啟動(dòng)、停止。

其二，通訊模塊。總系統(tǒng)是由PCL控制變頻器完成對電機(jī)的控制，所以通訊模塊將控制器、按鈕開關(guān)等發(fā)出的所有指令匯集在CPU中進(jìn)行計(jì)算，將程序運(yùn)算出的最終結(jié)果通過模塊發(fā)送給變頻器等專業(yè)設(shè)備，最后幫助驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)完成相關(guān)工作[7]。

其三，PID控制模塊。據(jù)了解，橋式起重機(jī)主、副起升機(jī)構(gòu)速度的控制工具非常重要，相關(guān)工作者要對此加強(qiáng)關(guān)注與重視。此系統(tǒng)主要通過旋轉(zhuǎn)編碼器判斷測量電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，由最初的數(shù)字轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量。最后，向變頻器傳遞，將其與已經(jīng)設(shè)定好的速度比較，通過應(yīng)用PID控制計(jì)算方法，呈現(xiàn)出較好的效果。

其四，故障報(bào)警模塊。為快速顯示故障與問題細(xì)節(jié)，保證整體系統(tǒng)有條不紊地運(yùn)行，此系統(tǒng)要大幅提高自身能力，并具備故障報(bào)警分析能力。

在PCL程序設(shè)計(jì)過程中，要對與之對應(yīng)的傳感器輸出信號進(jìn)行專業(yè)掃描。假如有變頻器故障問題出現(xiàn)，應(yīng)第一時(shí)間將此設(shè)備的電源切斷，并且蜂鳴器可以立刻發(fā)揮作用進(jìn)行報(bào)警。分析到工業(yè)企業(yè)的現(xiàn)場噪聲非常大，極有可能對預(yù)警產(chǎn)生一定影響，在程序中可以運(yùn)用延遲報(bào)警控制，也就是當(dāng)報(bào)警信號持續(xù)一定時(shí)間后，才確定出現(xiàn)問題[8]。

7 PCL控制系統(tǒng)的實(shí)際效果

首先，運(yùn)用變頻調(diào)速，幫助平滑調(diào)速真正實(shí)現(xiàn)減速，呈現(xiàn)出的效率較高。通過將其與串電阻調(diào)速方式比較，發(fā)現(xiàn)其更加平穩(wěn)，而且在定位方面也十分準(zhǔn)確。同時(shí)，通過操作水準(zhǔn)將自身作用全部發(fā)揮出來，調(diào)整控制變頻器的輸出，讓操作變得更加方便、簡單，應(yīng)用科學(xué)方式設(shè)置運(yùn)行的實(shí)際速度[9]。

其次，系統(tǒng)中運(yùn)用的是性能非常高的變頻器及專用提升機(jī)，幫助變頻器在零速時(shí)滿轉(zhuǎn)矩輸出，以及內(nèi)部集成的爆炸邏輯控制，可以使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中更加穩(wěn)定、可靠。同時(shí)，卷揚(yáng)大小車啟動(dòng)自動(dòng)加速等過程有序、順利進(jìn)行，定位也十分準(zhǔn)確，幫助企業(yè)節(jié)約大量電能[10]。

最后，控制回路簡單、方便，真正實(shí)現(xiàn)了軟起、軟停，對電機(jī)等沒有任何影響和沖擊。其更是降低和減少了故障發(fā)生的概率，還為后期維修工作打下了良好的基礎(chǔ)，幫助企業(yè)節(jié)約大量維修費(fèi)用[11]。與此同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)的沖擊電流，是最讓相關(guān)工作人員感到棘手的一個(gè)問題。PCL控制系統(tǒng)能夠解決此問題，再加上變頻器保護(hù)了電機(jī)，在提高行車穩(wěn)定性等方面具有重要作用和意義，延長了使用時(shí)間[12]。

8 結(jié)語

簡而言之，通過PCL與變頻器的完美融合，改造橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)，大幅提升起重機(jī)性能，使橋式起重機(jī)在操作過程中更加平穩(wěn)、安全，保證在工作過程中被吊起的物件定位更加準(zhǔn)確，還降低了啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的影響和沖擊。通過應(yīng)用變頻器調(diào)速，加上PCL將自身作用全部發(fā)揮出來，真正在控制室對電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制參數(shù)、行走系統(tǒng)的各檔速度控制等，更是降低了相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證其在工作過程中更加方便、快速。變頻器一旦出現(xiàn)任何問題，人機(jī)界面上都能及時(shí)顯示，降低和減少安全事故發(fā)生的概率。

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