PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

曾慶義

[摘 要]橋式起重機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中重要的設(shè)備類型，為了使其能夠更好的滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。在本文中，將就PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用進(jìn)行一定的研究。

[關(guān)鍵詞]PLC變頻器；橋式起重機(jī)；控制系統(tǒng)改造；

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0201-01

1 引言

在工礦企業(yè)房中，橋式起重機(jī)是經(jīng)常應(yīng)用的工業(yè)設(shè)備類型，在傳統(tǒng)橋式起重機(jī)中，其使用交流繞線組的方式對(duì)調(diào)速以及啟動(dòng)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)于該控制方式來(lái)說(shuō)，不僅操作復(fù)雜，可靠性差，且具有較高的故障率。需要通過(guò)PLC控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行改造，使其能夠更好的滿足現(xiàn)今相關(guān)工作應(yīng)用需求。

2 原系統(tǒng)情況

某重型機(jī)械企業(yè)雙梁橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，使用的為傳統(tǒng)交流繞線異步電動(dòng)機(jī)，統(tǒng)一以交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻方式進(jìn)行調(diào)速以及啟動(dòng)。方式方面，即在轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中對(duì)5段外接電阻進(jìn)行串入，并由接觸器對(duì)電阻串入的多少進(jìn)行決定，以此實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊運(yùn)行速度的調(diào)整，為電磁機(jī)械制動(dòng)。

3 改造思路

在橋式起重機(jī)中，其拖動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)相互獨(dú)立的部分組成：即小車(chē)、大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)以及主副鉤拖動(dòng)系統(tǒng)，并使用新型變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子回路串電阻進(jìn)行取代。在該起重機(jī)中，其大小車(chē)以及主副鉤都需要以獨(dú)立的方式運(yùn)行，其中大車(chē)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)由一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)控制，小車(chē)以及主副鉤電動(dòng)機(jī)則由3臺(tái)不同的變頻器實(shí)施控制，在使用PLC對(duì)原有接觸器繼電器控制方式進(jìn)行取代的同時(shí)對(duì)邏輯控制功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)方面，其在進(jìn)入到PLC經(jīng)過(guò)處理后則會(huì)向變頻器對(duì)調(diào)速以及啟停等信號(hào)進(jìn)行發(fā)出，對(duì)電動(dòng)機(jī)相關(guān)工作的實(shí)施進(jìn)行控制。

3.1 大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)

大車(chē)方面，其為雙梁結(jié)構(gòu)，即分別為兩臺(tái)7.5W電機(jī)，將整臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)后，使其能夠順著車(chē)間進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，且能夠?qū)ζ溥\(yùn)行速度在4以及24m每分鐘進(jìn)行調(diào)整。拖動(dòng)方面，將通過(guò)籠型異步電機(jī)的應(yīng)用對(duì)原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)進(jìn)行替代，使用兩臺(tái)7.5kW電機(jī)同時(shí)進(jìn)行拖動(dòng)，并通過(guò)較大功率變頻器的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)控制功能。同時(shí)，其對(duì)U/f開(kāi)環(huán)控制方式進(jìn)行應(yīng)用，保證其容量大于一臺(tái)普通電動(dòng)機(jī)容量的兩倍。

3.2 小車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)

小車(chē)方面，其由單臺(tái)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)，功率為7.5kW。在運(yùn)行當(dāng)中，小車(chē)會(huì)對(duì)重物以及吊鉤進(jìn)行拖動(dòng)，使其能夠順著橋架進(jìn)行縱向方面的運(yùn)動(dòng)，速度能夠在3以及11m每分鐘調(diào)整。拖動(dòng)方案方面，其同大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)相同也對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，并對(duì)具有同等容量的變頻器進(jìn)行配置，對(duì)U/f開(kāi)環(huán)控制方式進(jìn)行應(yīng)用。

3.3 主副鉤拖動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于裝置的主副鉤來(lái)說(shuō)，分別使用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行獨(dú)立拖動(dòng)，并在實(shí)際對(duì)重物進(jìn)行起吊時(shí)對(duì)上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。方式方面，由于兩者在電動(dòng)機(jī)方面都具有著較高的要求，屬于位能變動(dòng)性負(fù)載情況，就需要系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)性能方面具有較好的表現(xiàn)。對(duì)此，則需要通過(guò)具有高性能、更為優(yōu)越變頻專用電機(jī)的應(yīng)用對(duì)原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行代替。在實(shí)際進(jìn)行選擇時(shí)，要保證電動(dòng)機(jī)同原功率相比具有適當(dāng)?shù)奶嵘?，以此使其力矩值能夠滿足工作開(kāi)展要求。對(duì)于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)相應(yīng)的變頻器進(jìn)行配置，做好光電編碼器安裝的同時(shí)對(duì)具有PG卡速度反饋的矢量控制方式進(jìn)行應(yīng)用。轉(zhuǎn)速方面也能夠分檔，即使用5段速度方式進(jìn)行運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中能夠根據(jù)需求進(jìn)行自由的切換處理。

3.4 電機(jī)制動(dòng)方式

制動(dòng)方式方面，由外接制動(dòng)電阻以及制動(dòng)單元方式，并在改造過(guò)程中對(duì)之前電磁機(jī)械的制動(dòng)方式進(jìn)行了保留，對(duì)直流、電磁機(jī)械以及再生相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)目標(biāo)。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)中的直流以及再生制動(dòng)功能會(huì)以較快的速度將正在運(yùn)動(dòng)的主副鉤以及大小車(chē)速度降至為0，并使其處于靜止?fàn)顟B(tài)。對(duì)于起重機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō)，在實(shí)際對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)經(jīng)常會(huì)存在在半空停留一定時(shí)間的情況，而對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，雖然通過(guò)其應(yīng)用能夠使重物達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)，但在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中其也將受到來(lái)自外界因素的干擾，需要通過(guò)電磁制動(dòng)器的應(yīng)用進(jìn)行機(jī)械輔助制動(dòng)。

4 變頻器選擇

在起重機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中，適合的變頻器類型較多，在該系統(tǒng)改造中，對(duì)VS-616G5變頻器類型進(jìn)行了選擇。對(duì)于該系列變頻器來(lái)說(shuō)，其具有全磁通矢量控制功能，在較低頻率環(huán)境下也能夠?qū)?50%的額定轉(zhuǎn)矩進(jìn)行提供，而通過(guò)速度反饋環(huán)節(jié)的具備，則能夠?qū)⑵渥鳛榱闼倏刂啤Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定的存取級(jí)別對(duì)相應(yīng)的控制方式進(jìn)行選擇。一般來(lái)說(shuō)，其具有以下幾種選擇方式：無(wú)PG開(kāi)環(huán)控制、有PG閉環(huán)控制、有PG開(kāi)環(huán)矢量控制以及無(wú)PG閉環(huán)矢量控制方式等。對(duì)于大小車(chē)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其都具有負(fù)載變化小以及慣量較大的情況，屬于阻力性負(fù)載類型，并因此對(duì)無(wú)PG開(kāi)環(huán)控制方式進(jìn)行應(yīng)用。主副鉤機(jī)構(gòu)方面，由于兩者在實(shí)際應(yīng)用中具有著較大的負(fù)載變化情況。為了對(duì)較為快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行獲得、以更為快速的方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)也具有光電編碼器的安裝，通過(guò)PG速度矢量控制方式的應(yīng)用對(duì)更好的機(jī)械特性以及工作狀態(tài)進(jìn)行獲得。遛鉤方面，由于該系統(tǒng)具有零速轉(zhuǎn)矩功能，對(duì)此，在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)變頻器同PLC間的配合即能夠?qū)﹀捭^問(wèn)題進(jìn)行較好的解決。

速度調(diào)節(jié)方面，可以對(duì)多級(jí)頻率選擇功能進(jìn)行應(yīng)用。在該變頻器當(dāng)中，具有1個(gè)點(diǎn)動(dòng)頻率以及8個(gè)頻率指令，即具有9段速特征。為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同頻率指令間的切換，則可以通過(guò)點(diǎn)動(dòng)頻率以及多段速指令的設(shè)定對(duì)其進(jìn)行選擇，即將接通端子1后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，將接通端子2后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)該種情況下不同端子的接通，則能夠?qū)Χ喾N頻率進(jìn)行獲得，更為便利的對(duì)正反方向5種速度進(jìn)行獲得，加減速時(shí)間方面，則可以通過(guò)對(duì)變頻器的設(shè)定進(jìn)行變更。

5 PLC選用

在對(duì)橋式起重機(jī)進(jìn)行改造后，在結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際信號(hào)輸出、輸入以及作用的把握，需要在聯(lián)系應(yīng)用習(xí)慣以及改造要求的基礎(chǔ)上做好PLC型號(hào)規(guī)格的選擇。PLC方面，我們對(duì)S7-300系列進(jìn)行了選擇，對(duì)于該系列PLC來(lái)說(shuō)，其以不同方式將多種模塊進(jìn)行組合，在使控制系統(tǒng)具有更為靈活設(shè)計(jì)特征的同時(shí)對(duì)不同方面的應(yīng)用需求進(jìn)行滿足。拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作方面，求具有大車(chē)的速度以及左右換擋；小車(chē)的速度以及前后換擋；主副鉤的速度以及升降換擋等。保護(hù)功能方面，則對(duì)大小車(chē)以及主副鉤的限位以及保護(hù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這部分功能來(lái)說(shuō)，都可以通過(guò)PLC的應(yīng)用對(duì)無(wú)觸點(diǎn)控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在完成改造之后，系統(tǒng)當(dāng)中則同時(shí)具有四臺(tái)變頻器以及五臺(tái)電動(dòng)機(jī)，PLC在輸出以及輸入方面具有著較多的點(diǎn)數(shù)，不同PLC同變頻器具有類似的連接特征。

6 結(jié)束語(yǔ)

在上文中，我們對(duì)PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)改造運(yùn)行，獲得了較好的應(yīng)用效果，具有一定的借鑒意義。

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