劉遠(yuǎn)娟

（廣東省河源技師學(xué)院，廣東 河源 517000）

0 引言

河源某電鍍廠為承接大量ABS塑料電鍍（掛鍍方式）加工，決定新建ABS塑料電鍍自動生產(chǎn)線。為充分利用工廠現(xiàn)有資源，盡量減少工廠的投入成本，決定將現(xiàn)有倉庫改造為ABS塑料電鍍自動生產(chǎn)車間，改造項目中包括倉庫現(xiàn)有一臺單梁懸掛起重機（0.5t）。根據(jù)單梁懸掛起重機的工作特點和ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝流程，經(jīng)筆者反復(fù)思考，在保留點動功能的前提下，決定應(yīng)用三菱PLC和變頻器將單梁懸掛起重機改造成為ABS塑料電鍍專用行車。

1 單梁懸掛起重機改造前電氣線路分析

1.1 主電路分析

該起重機共由4臺異步電動機拖動，吊鉤升降由一臺電動機M1拖動，為防止電動機突然斷電導(dǎo)致重物自行墜落或下放重物時下降過快而造成事故，電動葫蘆具有電磁離合器制動裝置和再生發(fā)電制動控制功能。電動小車移動機構(gòu)由一臺電動機M2拖動，大車移動由兩臺電動機M3、M4拖動。M3、M4兩臺電動機規(guī)格相同，兩臺電動機定子繞組接在同一電源上，但三相電源的相序相反，使兩臺電動機的轉(zhuǎn)向相反，以保證大車的兩側(cè)滾輪驅(qū)動運動方向一致。

1.2 控制電路分析

控制電路的電源由控制變壓器TC輸出36V電壓供電，吊鉤的上下升降由SB1、SB2控制，電動小車運行由SB3、SB4控制，大車運行由SB5、SB6控制，電動小車兩側(cè)限位開關(guān)為SQ12、SQ13，大車兩端限位開關(guān)為SQ15、SQ16及換相聯(lián)鎖線路。

2 ABS塑料電鍍工藝流程

根據(jù)ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝流程，該電鍍生產(chǎn)線有除油槽、親水槽、粗化槽等18個槽位（槽位代號按順序分別為1號～18號），全線總長約40m，而倉庫車間長約25m，因此需將電鍍槽按工藝順序分兩邊均勻分布，即分2條電鍍生產(chǎn)線，但必須首尾相連按工藝進行電鍍。ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝流程及電鍍槽分布情況如圖1所示。

在電鍍生產(chǎn)線的左側(cè)上掛點（原位裝貨點），由工人將待電鍍零件裝入掛籃，掛到起重機吊鉤上，并發(fā)出啟動信號，起重機吊鉤上升并按工藝流程要求在需要停留的槽位停止、下降、停留、上升。如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至第2條電鍍生產(chǎn)線的末端下掛點（卸貨點）卸下電鍍好的零件，根據(jù)需要自動返回原位，重新裝貨發(fā)出啟動信號進入下一輪電鍍加工循環(huán)。

3 起重機改造總體思路及硬件改造措施

為實現(xiàn)ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝，并保留地面點動（上、下、左、右、前、后）操作功能，作如下改進：

（1）選用可編程控制器（PLC）實現(xiàn)對起重機的自動運行控制。

（2）為實現(xiàn)快速搬運和準(zhǔn)確制動停車，減小起重機停車的沖擊和掛籃的搖晃，采用變頻器對電動葫蘆電機、小車電機、大車電機進行調(diào)速控制。

（3）為控制起重機對上、下掛點和18個槽位進行準(zhǔn)確定位，在大車導(dǎo)軌上的對應(yīng)位置加裝定位開關(guān)SQ0、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9；在小車導(dǎo)軌上兩側(cè)對應(yīng)位置加裝定位開關(guān)SQ10、SQ11?？紤]起重機主要工作在自動循環(huán)狀態(tài)，其定位開關(guān)的工作頻率高、可靠性及精度要求也較高，因此以上定位開關(guān)均選用LXJ0型接近開關(guān)（直流24 V），由PLC內(nèi)部電源24V提供。

（4）為實現(xiàn)地面點動和電鍍自動循環(huán)的切換、急停、停止、啟動等功能，在原有懸掛式按鈕盒按鈕的基礎(chǔ)上加裝一塊控制板，其中，SB9為點動或自動循環(huán)切換按鈕（復(fù)合自鎖按鈕），SB10為緊急停車按鈕，SB11為起重機啟動按鈕，SB12為停止按鈕。原懸掛式按鈕盒按鈕均隨大、小車移動，加裝控制板固定安裝在上掛點附近，以方便工人操作。

（5）電動葫蘆下方需要加裝2個重錘限位器。SQ14控制上升高度，SQ17控制下降高度，下降高度應(yīng)根據(jù)電鍍槽液位高度來確定。

（6）為清楚起重機工作狀態(tài)，增加了電源、越位報警、手動、自動狀態(tài)指示燈。它們分別是HL1、HL2、HL3、HL4。

（7）由于起重機改造后處于長時間工作狀態(tài)，在主線路中加裝熱繼電器。

（8）原控制電氣線路主電路中有6個接觸器，現(xiàn)只保留3個接觸器。

（9）考慮變頻器和電機之間的連線比較長，可能導(dǎo)致變頻器過電流跳閘，漏電流增加，電流顯示精度變差等，因此布線時應(yīng)盡可能讓兩者間不超過50m，確實超出的，則選用輸出電路濾波器（OFL濾波器）；同時，因PLC輸出端接有感性負(fù)載（接觸器線圈），將會影響PLC正常工作，為提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，在負(fù)載兩端并聯(lián)RC吸收電路（交流負(fù)載）。

圖1 ABS塑料電鍍工藝流程示意圖

4 PLC與變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 可編程控制器型號選擇

根據(jù)電鍍工藝和硬件改造方案，確定了輸入、輸出端口的數(shù)量，并考慮經(jīng)濟性，滿足使用要求，決定選用FX0N-60MR型號的日本三菱可編程控制器，其有36個輸入點和24個輸出點，滿足了控制電氣線路改造的需求。

4.2 變頻器型號選擇

電動葫蘆、小車、大車的運行由一個變頻器實現(xiàn)控制，由于電動葫蘆起重電機功率最大（0.8kW），因此所選變頻器只要能滿足電動葫蘆電機，則大車、小車均能滿足。已知起重電機型號為ZD21-4，額定功率0.8 kW，額定電流2.2A。

4.2.1 選用變頻器的功率

變頻器的容量PCN由下式確定：

其中：k為電流波形的修正系數(shù)，一般取1.05；PM為負(fù)載所要求的電機軸輸出功率，PM為0.8；cosφ為電機的功率因數(shù)，約為0.75；η為電機的效率，約為0.85。

將相關(guān)參數(shù)代入上式，計算得PCN≥1.31kW.

再由公式ICN≥kIM（ICN為變頻器的額定電流，IM為電機工頻電源時的電流，IM為2.2）可知ICN≥2.31A。

4.2.2 變頻器類型的選擇和型號確定

該起重機是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為了實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩，適當(dāng)加大容量。由于該變頻器安裝在配電箱內(nèi)，因此選用防護式，不帶選用件。綜合以上情況，確定選用高性能矢量三菱變頻器，型號為：FR-A740-1.5K-CHT。

4.3 變頻器主要參數(shù)設(shè)定

Pr.79設(shè)為3（外部組合操作模式）；Pr.10設(shè)為18 Hz（制動動作頻率）；Pr.4設(shè)為90Hz（高速）；Pr.5設(shè)為40Hz（中速）；Pr.6設(shè)為20Hz（低速）。

4.4 軟件編寫

本程序主要采用步進指令、基本指令、特殊軟元件進行編程，將自動循環(huán)和地面手動操縱分為兩條通道，由SB9（X30）為選擇條件，如不作選擇，則程序默認(rèn)為自動循環(huán)狀態(tài)，否則進入地面手動操縱狀態(tài)?，F(xiàn)將起重機進入自動循環(huán)工作狀態(tài)程序進行說明。

（1）自動循環(huán)：按下啟動按鈕SB11（X32），此時不論電動小車和大車處于任何位置（空載狀態(tài)），大車先將以90Hz（快速）返回至上掛點（原位），而后小車也以90Hz（快速）定位到上掛點（原位），此時接近開關(guān)SQ0、SQ10發(fā)出信號，大車、小車電機通過變頻器被先后制動停移，吊鉤開始快速下降，下降至設(shè)定高度時，下降定位開關(guān)SQ17發(fā)出信號，吊鉤停止下降等待掛籃上掛。如上掛完成，工人按啟動按鈕SB11，則吊鉤以90Hz（快速）提起掛籃上升運行。上升至設(shè)定高度時，上升開關(guān)SQ14發(fā)出信號，吊鉤停止上升并制動，防止掛籃自行墜落。定時器延時3s后，PLC向大車2個電機發(fā)出信號，大車以90Hz（快速）向除油槽（1號槽）方向移動，運行6s后以40Hz（中速）運行3s，再以20Hz（低速）運行2s，待除油槽接近開關(guān)SQ1發(fā)出信號，大車停止右移，準(zhǔn)確定位后，吊鉤快速下降至SQ17，開始6min的除油，除油完畢后吊鉤快速上升至開關(guān)SQ14，吊鉤在除油槽上方停10s，讓鍍件表面鍍液流回到電鍍槽中，定時時間一到，大車又快速向親水槽（2號槽）方向移動，然后再經(jīng)2次減速后定位到親水槽，以此類推，直到完成活化槽（9號槽）工序后大車不再向右移動，此時第1條生產(chǎn)線9個槽電鍍工序完成。接著由小車以90Hz快速向清洗槽（10號槽）橫向移動，運行15s后以中速運行3s，再以低速運行2s至SQ11制動定位至清洗槽，完成清洗槽工序后，大車往反方向運行，直至大車運行到第2條生產(chǎn)線的第18個清洗槽時，ABS塑料電鍍工序全部完成，大車?yán)^續(xù)快速返回至下掛點，待SQ0發(fā)出信號，大車被制動停移，吊鉤快速下降至設(shè)定點，等待工人取下掛籃。取下掛籃后，如果是單次循環(huán)或電鍍?nèi)蝿?wù)完成，則按停止SB12，此時吊鉤快速上升至SQ14后，小車快速橫向移動至SQ10，起重機?？吭谏蠏禳c并停止工作，原位待命。如果是多次循環(huán)，則按啟動SB11，此時吊鉤不再上升，小車直接快速橫向移動至SQ10回到上掛點（原位）等待第2批零件掛籃上掛。

（2）停止：在自動循環(huán)狀態(tài)時，在電鍍過程中，如出現(xiàn)一般性質(zhì)異常情況可按停止按鈕SB12，起重機將停止運行，待問題處理完畢后，按啟動按鈕SB11將繼續(xù)運行。

（3）急停：在自動循環(huán)狀態(tài)時，遇緊急情況時，按SB10能禁止所有輸出（應(yīng)用M8034）。

（4）六檔點動控制功能：按點動或自動切換按鈕SB9時，電動葫蘆、大車、小車處于行走范圍內(nèi)任何位置均可以實現(xiàn)點動控制功能，此時手動指示燈亮。

（5）來電或恢復(fù)供電指示功能：通電指示由Y04驅(qū)動，Y04通過特殊繼電器M8000的常開觸點聯(lián)接，在PLC開機后，使Y04線圈被驅(qū)動，指示燈亮。

（6）越位報警功能：起重機運行時，當(dāng)?shù)蹉^上升過程因重錘限位器失效，斷火限位器SQ20將發(fā)揮作用，切斷電動葫蘆電機電源，或者當(dāng)大車、小車移動時，只要碰到限位開關(guān)SQ12、SQ13、SQ15、SQ16，起重機則停止工作，報警燈亮。

PLC與變頻器電氣控制設(shè)計線路如圖2所示。

圖2 PLC與變頻器控制接線圖

5 結(jié)束語

該起重機經(jīng)多次調(diào)試和運行，各項功能均滿足生產(chǎn)需求，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作靈活方便，抗干擾能力強。特別是在運行中避免了急剎車所造成的振動和吊鉤的晃動，實現(xiàn)了高效運行準(zhǔn)確停車等功能。應(yīng)用PLC、變頻技術(shù)對單梁懸掛起重機改造成ABS塑料電鍍自動生產(chǎn)線專用行車，不僅解決了企業(yè)實際生產(chǎn)中的困難，為企業(yè)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，還能為同類技術(shù)升級改造提供借鑒和參考。

［1］李敬梅.電力拖動控制線路與技能訓(xùn)練［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2001.

［2］姚錫祿.變頻器技術(shù)應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［3］宋峰青，陳立香.變頻技術(shù)［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2004.