淺談PLC控制系統(tǒng)和變頻器在大型起重機(jī)中的技術(shù)應(yīng)用

淺談PLC控制系統(tǒng)和變頻器在大型起重機(jī)中的技術(shù)應(yīng)用

吳亢（浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，浙江杭州310013）

介紹了大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)形式，闡述了變頻器和PLC控制技術(shù)及其應(yīng)用，分析了變頻器和PLC控制技術(shù)應(yīng)用于大型起重機(jī)的可行性。在大型起重機(jī)的實(shí)際使用過程中，控制系統(tǒng)是影響起重機(jī)性能的關(guān)鍵因素，決定著起重機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和工作效率。通過對(duì)大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析，結(jié)合多年來起重機(jī)械電氣系統(tǒng)檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，并參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，研究了變頻器和PLC應(yīng)用于大型起重機(jī)的控制策略。結(jié)合變頻技術(shù)和PLC的控制原理，設(shè)計(jì)了變頻器和PLC應(yīng)用于大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的方案與具體措施。

變頻器；PLC；起重機(jī)；控制

在我國(guó)，起重機(jī)械屬于機(jī)電類特種設(shè)備，是八大類特種設(shè)備中使用最廣泛的一個(gè)種類。在起重機(jī)械領(lǐng)域，大型起重機(jī)的在用設(shè)備數(shù)量、年新增設(shè)備數(shù)量以及增長(zhǎng)率都是最低的，但其經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益卻是最大的。大型起重機(jī)多用于港口碼頭、物流運(yùn)輸及電力工程建設(shè)等領(lǐng)域，起重機(jī)的繁忙程度較高，作業(yè)環(huán)境較惡劣，且作業(yè)效率及作業(yè)質(zhì)量要求較高。根據(jù)上述工況及需求來看，大型起重機(jī)需要一套控制精度高、可靠程度強(qiáng)、使用維護(hù)成本低的控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)意義的采用接觸器、繼電器作為控制元件的控制系統(tǒng)工作頻率較低、可靠性較差、能耗較高，已不能滿足大型起重機(jī)的需求。近年來，應(yīng)用變頻器和PLC作為控制元件的控制系統(tǒng)已經(jīng)在高端裝備中使用，并以其起動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬、節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯等特點(diǎn)成為了前景廣闊的控制系統(tǒng)，也成為了大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1　變頻器和PLC簡(jiǎn)介

PLC即是可編程序控制器，由電源、CPU、輸入輸出等部分組成。它循環(huán)執(zhí)行：采樣輸入信號(hào)～執(zhí)行用戶程序～控制輸出，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，在自動(dòng)化領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，它可以用于控制變頻器。PLC有豐富的指令，如邏輯運(yùn)算、移位、數(shù)學(xué)運(yùn)算等，是一種智能化控制系統(tǒng)。

變頻器只是一種控制元件，它能把工頻（50HZ）變?yōu)槠渌l率，用于控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器使用前要設(shè)定一些參數(shù)，如輸出頻率、工作模式、電流電壓保護(hù)參數(shù)等，但不需要、亦無法進(jìn)行編程。它的輸出頻率可以設(shè)為固定值，也可以由PLC動(dòng)態(tài)控制。

2　大型起重機(jī)用變頻器和PLC技術(shù)分析

通用變頻器一般采用電壓～頻率協(xié)調(diào)控制，但這種控制會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，從而造成勵(lì)磁不足，進(jìn)而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。在大型起重機(jī)的控制中，為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，變頻器需要通過提高電壓來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降，即變頻器的轉(zhuǎn)矩提升功能，但是使用了轉(zhuǎn)矩提升功能的變頻器在低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩常低于額定轉(zhuǎn)矩，在5Hz以下不能滿載工作。而在起重機(jī)使用過程中，特別是起升機(jī)構(gòu)，在低速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩卻又有嚴(yán)格要求，否則會(huì)出現(xiàn)重物下滑、溜鉤等情況，影響正常的生產(chǎn)作業(yè)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。因此起重機(jī)用變頻器需要采用矢量控制的方式，通過對(duì)電機(jī)端電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。這種功能對(duì)起升機(jī)構(gòu)溜鉤及低速性能有明顯改善，對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效，完全適用于大型起重機(jī)。相比于通用變頻器，起重機(jī)用變頻器應(yīng)具有較強(qiáng)的過載能力、穩(wěn)定精確的抱閘控制以及可以在高溫等惡劣的環(huán)境中工作。

PLC技術(shù)具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但是應(yīng)用于大型起重機(jī)的控制系統(tǒng)中，畢竟是將硬件電路轉(zhuǎn)化為了軟件程序。一旦在執(zhí)行中程序出現(xiàn)異常，則會(huì)導(dǎo)致意外發(fā)生，尤其是某些涉及安全的功能。起重機(jī)械的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此作出了規(guī)定，要求起重機(jī)的急停功能以及安全保護(hù)的聯(lián)鎖信號(hào)應(yīng)由硬件線路實(shí)現(xiàn)，而不依賴于PLC。因此，將PLC應(yīng)用于大型起重機(jī)控制系統(tǒng)中，需要在這些關(guān)鍵控制點(diǎn)采用軟硬件的雙重互鎖設(shè)計(jì)，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3　變頻器和PLC應(yīng)用于大型起重機(jī)控制系統(tǒng)的方案

通過對(duì)大型起重機(jī)作業(yè)需求的分析，可知若要實(shí)現(xiàn)對(duì)大型起重機(jī)的控制，PLC必須接受操作信號(hào)并進(jìn)行綜合處理，并控制變頻器輸出信號(hào)，從而控制電機(jī)工作。對(duì)于起升機(jī)構(gòu)來說，不但要求較高的轉(zhuǎn)速及起制動(dòng)的平穩(wěn)程度，而且對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制有比較嚴(yán)格的要求。具體的控制方案采用兩個(gè)變頻器分別控制兩臺(tái)起升電機(jī)，控制方式采用矢量控制方式，PLC接受電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達(dá)的反饋信號(hào)，避免吊鉤的下滑。由于運(yùn)行機(jī)構(gòu)的使用頻率不高，運(yùn)行機(jī)構(gòu)可采用一個(gè)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，在調(diào)速控制中，運(yùn)行機(jī)構(gòu)共用由一套系統(tǒng)來控制，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行機(jī)構(gòu)同步的要求。

4　結(jié)語

大型起重機(jī)是物流運(yùn)輸和工業(yè)安裝中不可或缺的工具，其運(yùn)行時(shí)質(zhì)量和作業(yè)的效率非常重要。大型起重機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)以及起吊貨物時(shí)的平穩(wěn)程度決定了其作業(yè)質(zhì)量，而變頻器和PLC技術(shù)可以從容地控制起重機(jī)達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的目的，因此將變頻器和PLC技術(shù)應(yīng)用于大型起重機(jī)的控制系統(tǒng)，可以有效地提高大型起重機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。而且，變頻技術(shù)可以使大型起重機(jī)的能耗明顯下降，具有更好的環(huán)保效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，是大型起重機(jī)的發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)。

［1］王建華，高海生.矩陣變頻器研究綜述［J］.科技廣場(chǎng)，2006 （2）.

［2］李志偉.淺議變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用［J］.科技致富向?qū)В?010，（15）.

［3］張玉之.變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2009（10）.