PLC及變頻器在港口起重設(shè)備上的應(yīng)用

摘要：目前，PLC、變頻器以及一些新型電氣元器件已經(jīng)廣泛運用到港口起重機上，電氣可靠性得到了提高，故障率大大降低，改善了港口起重機的性能，維修起來非常方便。文章分析了PLC、變頻器及周邊電氣器件在港口起重機上運用的選型依據(jù)和體會，以提高系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；電氣元器件；港口起重設(shè)備；設(shè)備故障；電氣可靠性 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP217 文章編號：1009-2374（2015）28-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.026

可編程邏輯控制器（PLC）在20世紀(jì)80年代中期即在我國推廣使用。目前，PLC、變頻器以及一些新型電氣元器件已經(jīng)廣泛運用到港口起重機上，電氣可靠性得到了提高，故障率降低，大大地改善了港口起重機的性能，維修也變得非常方便。泰州港運集團公司在較早時期采用PLC技術(shù)對起重機的控制電路進行改造。當(dāng)時選用的是日本三菱公司的F1系列PLC，輸入輸出點（I/O）為20～60點，最多可擴展到120點。該機為整體結(jié)構(gòu)，輸入輸出點固定為3∶2。CPU是MCS51系列單片機，主頻和內(nèi)存都很小，最多允許編程1000步，用簡易編程器編程，這是早期產(chǎn)品。隨著計算機技術(shù)的日新月異，PLC也在不斷發(fā)展，現(xiàn)在模塊化結(jié)構(gòu)的PLC，輸入輸出模塊配置都很靈活，其中采用通訊組件、主從站結(jié)構(gòu)的模塊的PLC，配置更加靈活。簡單介紹如下：這是一種類似新型彩電I2C結(jié)構(gòu)的技術(shù)，即僅由兩根線組成：一根串行時鐘線；一根串行數(shù)據(jù)線。結(jié)構(gòu)如圖1所示：

這種結(jié)構(gòu)對有行走機構(gòu)的起重機，如橋吊、門機、臺架式起重機特別合適，可減少很多條控制線和中心受電器的環(huán)數(shù)，實際線路變得很簡潔。例如泰州楊灣港區(qū)一期工程新安裝的10T門機即選用了這種結(jié)構(gòu)，其型號為OMRON的CQM1型的PLC，主機安裝在司機室，從站安裝在各個電器控制單元中，司機室主機到機房控制柜的控制線6根就夠了。具體為2根AC220V控制電源線、2根DC24V控制電源線、2根通訊線。同樣，從司機室主機到大車行走控制柜的控制線經(jīng)過中心受電器，中心受電器控制回路的環(huán)數(shù)也只要6道。但如不選擇這種模塊的PLC，則中心受電器控制回路的環(huán)數(shù)將多達23道，具體見表1：

這樣就使整個系統(tǒng)變得簡潔流暢，更重要的是提高了中心受電器這個電氣薄弱環(huán)節(jié)的可靠性，從而提高了整機的電氣可靠性。由此可見，這種主從站結(jié)構(gòu)的模塊值得推廣介紹。同時，我們在PLC運用時的線路設(shè)計應(yīng)摒棄傳統(tǒng)繼電器控制線路的模式，以便充分發(fā)揮PLC的優(yōu)越性。例如，有人設(shè)計電動機的正反轉(zhuǎn)電氣聯(lián)鎖線路時，采用如圖2所示電路：

將副觸頭與線圈就近接線，這樣雖然達到聯(lián)鎖目的，線路也不長，但沒有充分利用PLC有輸入輸出故障顯示、全面控制的優(yōu)點，降低了可靠性，增加了維修難度。如果將接觸器輔助觸頭作為PLC的輸入信號，在完成電氣聯(lián)鎖的同時，又能夠檢測系統(tǒng)工作情況，并通過顯示屏等顯示出故障點，非常有利于故障的發(fā)現(xiàn)與排除，如圖3所示：

今后PLC的發(fā)展方向除實現(xiàn)單機控制外，還有聯(lián)機功能，可將數(shù)據(jù)上傳給計算機，并與港口局域網(wǎng)相連，全面實現(xiàn)設(shè)備自動化管理。

我們在設(shè)備安裝了PLC以后，由于其固有的特點，也就對其周邊電氣器件提出了相應(yīng)的要求，目前港口起重機廣泛使用的輸入電氣元件，如聯(lián)動臺、行程開關(guān)、過流繼電器等的副觸頭和接觸器付觸頭，其觸點容量大，體積也大。它們都是為分?jǐn)嚯妷篈C500V、DC220V，電流5A左右即所謂強電而設(shè)計的，造成整個結(jié)構(gòu)粗笨，司機操作不靈活，勞動強度較大。港口起重機使用PLC以后，由于PLC的輸入要求是電壓在DC24V以下，電流僅為5～20mA，即所謂弱電。它要求高靈敏度的觸點或無觸點的電子開關(guān)器件，因而聯(lián)動臺應(yīng)選用結(jié)構(gòu)精巧，觸頭靈敏的聯(lián)動臺。泰州港楊灣港區(qū)一期工程新建的40T-30M臺架起重機就大膽選用了這種新型聯(lián)動臺，操縱靈活，減少了勞動強度，可靠性很高，深得司機喜愛。常規(guī)行程開關(guān)、過流繼電器、中間繼電器等的常閉接點，接到PLC工作一段時間以后，觸頭表面易氧化，造成接觸電阻增大，弱電不能通過，產(chǎn)生誤動作。但在強電環(huán)境下，它們工作正常，沒有故障，所以國外有的PLC和變頻器的說明書上特別聲明，它們的輸入點須用高靈敏度的低壓繼電器。具體選用上，如行程開關(guān)，可廣泛選用無觸點的接近開關(guān)，它可直接與PLC聯(lián)結(jié)。中間繼電器等選高靈敏度的低壓繼電器。另外，PLC輸出容量較小，一般需要中間繼電器擴容，常規(guī)中間繼電器和小容量接觸器體積大，故障率較高。建議選用插座式，一對接點的專用繼電器，可減小體積，提高可靠性，而且更換方便。

下面我們談?wù)動嘘P(guān)變頻器運用的體會。集裝箱門式起重機的大小車機構(gòu)選用變頻器控制，其優(yōu)點明顯，已被人們接受。如楊灣港區(qū)一期工程35T-36M集裝箱門式起重機即采用這種設(shè)計。其精確的定位，在裝卸作業(yè)生產(chǎn)中得到了充分體現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)率，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。

門機、臺架式起重機將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車行走機構(gòu)合用一個變頻器控制，這也是一個巧妙的設(shè)計。這是因為旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車行走機構(gòu)電機總?cè)萘肯嘟植煌瑫r工作。以上機構(gòu)選用變頻器控制后，有一個共同的特點：這些機構(gòu)的負(fù)載不太大，變化范圍小，這就在省去了許多接觸器和電阻箱的同時，還可選用普通鼠籠電機。普通鼠籠電機比繞線式電機價格小得多，而較小容量的變頻器價格也不高。如此算來，在總投資增加不多的情況下，可取得較高的性能價格比。

起升機構(gòu)選用變頻器，目前可能還不能被接受，因為投資額較大。但隨著集裝箱業(yè)務(wù)增加，大噸位貨種增多，現(xiàn)代起重機運行要求更加平穩(wěn)，定位要求更加準(zhǔn)確。在制動過程中必須自動接入平滑的電氣制動，制動器僅作為停止器使用。能耗制動、渦流制動都有其缺點，不能滿足要求。而近年來變頻技術(shù)飛躍發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，變頻技術(shù)日趨成熟。價格卻逐步下降，目前在0.5～1元/W左右。起升機構(gòu)選用矢量控制技術(shù)的變頻器，再配以變頻電機（變頻電機的價格約是同容量普通鼠籠電機1.8倍，但低于繞線式電機），可滿足對調(diào)速硬度、低頻轉(zhuǎn)矩特性的要求?？梢蚤L時間低速運行，能有效防止重載空中溜鉤現(xiàn)象?？浙^或輕載工況的速度可大幅度提高，大大地提高生產(chǎn)率，并具有明顯的節(jié)能效果。

總之，起升機構(gòu)選用變頻器，能夠節(jié)能，提高生產(chǎn)率，能延長起重機金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命及各傳動機構(gòu)的使用壽命，減輕司機的勞動強度，因而性能價格比也比較高。以上就PLC及變頻器在港口裝卸機械設(shè)備上的應(yīng)用，談了我們一點體會，新技術(shù)、新工藝、新材料的采用，對于提高港口裝卸機械的總體性能、改善工人的勞動強度、提高系統(tǒng)的可靠性都有實際意義。

作者簡介：姜霽虹（1973-），女，江蘇泰州人，江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院泰州分院助理工程師，研究方向：起重機械、電梯等特種設(shè)備檢測。

（責(zé)任編輯：陳 倩）