PLC控制和變頻器技術(shù)在水電站門式起重機(jī)上的應(yīng)用

劉述才 鄭州水工機(jī)械有限公司

隨著微電子技術(shù)、電子技術(shù)以及微計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，衍生出了PLC技術(shù)，其具有可靠性強(qiáng)、應(yīng)用靈活、工作量少的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)現(xiàn)代化、智能化和自動(dòng)化發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。變頻器具有高效率、高功率因素和較好的節(jié)能效果，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用功能。PLC控制器與變頻器的應(yīng)用功能能夠克服傳統(tǒng)門式起重機(jī)控制的缺點(diǎn)，并且具有較高的調(diào)速性能，被認(rèn)為是一種非常有價(jià)值的調(diào)速方式。

一、水電站門式起重機(jī)對(duì)起重設(shè)備控制的要求

筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)分析水電站門式起重機(jī)對(duì)起重設(shè)備控制的要求主要集中在以下幾點(diǎn)：①可靠性高：門式起重機(jī)主要用于閘門安裝，若在安裝中途發(fā)生問題，將對(duì)設(shè)備、安裝人員以及工期帶來較大的影響，可能引起重大的設(shè)備損壞或經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)于門式起重機(jī)的可靠性具有較高的要求[1]。②控制精度高：門式起重機(jī)要求運(yùn)行平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確、速度變化可控性好，能夠滿足各種情況下的工作要求。③自動(dòng)化水平高：水電站通常位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，人力資源有限，因此需要具有較高的自動(dòng)化水平。

傳統(tǒng)繼電控制存在許多問題，例如故障發(fā)生率高及維修工作量大的為，但是隨著PLC技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，其以可控性好、運(yùn)用靈活、維護(hù)量大的優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[2]。在門式起重機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC設(shè)備的應(yīng)用能夠簡(jiǎn)化控制結(jié)構(gòu)以及電線路徑，并采用現(xiàn)場(chǎng)總線分布控制方式，能夠減少大量的線纜以及安裝工作量，從而降低故障的發(fā)生率。PLC控制還能夠?qū)崿F(xiàn)起重機(jī)的智能控制以及自動(dòng)診斷，通過人機(jī)界面能夠?qū)ζ鹬貦C(jī)全方面進(jìn)行控制，并通過顯示內(nèi)容觀察起重機(jī)的工作狀態(tài)，從而提高了起重機(jī)的工作效率，減少人工勞動(dòng)量[3]。

二、PLC控制與變頻器技術(shù)在水電站門式起重機(jī)中的應(yīng)用

PLC控制器的應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史，并且成為工業(yè)自動(dòng)化中的重要設(shè)備，也是現(xiàn)場(chǎng)控制的主要設(shè)備。PLC取代繼電器控制主要是由于其以下特點(diǎn)：①接線簡(jiǎn)單：PLC主要是通過內(nèi)部?jī)?chǔ)存程序的方式，從而通過內(nèi)置軟元件以及編制的控制程序來實(shí)現(xiàn)各功能的控制，從而節(jié)省繼電控制中的各種線圈以及接線；②應(yīng)用靈活：PLC控制的優(yōu)點(diǎn)在于邏輯控制變化靈活，當(dāng)需要改變控制參數(shù)時(shí)，僅需要修改相應(yīng)的程序，不需要改變線路，從而提高了控制的靈活性；③信息化水平高：PLC使用了大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠通過現(xiàn)場(chǎng)總線以及其他控制設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理，是遠(yuǎn)程控制的最佳方法；④便于維護(hù)：PLC采用了循環(huán)掃描的方式，通過抗干擾與隔離措施的應(yīng)用，再加上在線自動(dòng)檢測(cè)的功能，能夠快速檢測(cè)到各種故障設(shè)備，并提示檢修人員故障所在的地方，有助于提高維護(hù)的效果[4]。變頻器是通過改變電源頻率控制交流電動(dòng)機(jī)的一種設(shè)備，其主要通過根據(jù)幾點(diǎn)實(shí)際需求提供相應(yīng)的電源電壓，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保、速度調(diào)控的目的。此外，變頻器還具有過流、過壓、過載保護(hù)的作用，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，其在工業(yè)發(fā)展中也得到了廣泛的應(yīng)用功能。

門式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此在編寫PLC程序時(shí)，需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)以及各操作流程進(jìn)行分析，從而明確起重機(jī)的控制過程，從而為程序設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。例如，起重機(jī)生氣結(jié)構(gòu)的控制流程中，門機(jī)上電之后PLC首先需要進(jìn)行自動(dòng)檢查，若網(wǎng)絡(luò)及各設(shè)備正常，門機(jī)則正常運(yùn)行，除了常規(guī)的電機(jī)保護(hù)措施外，PLC系統(tǒng)還自帶過熱保護(hù)與超速保護(hù)措施。此外，由于主機(jī)升機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中的電流量較大，因此在主起升動(dòng)作之前其他機(jī)構(gòu)不能同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作。

由于現(xiàn)代多數(shù)門式起重機(jī)采用了觸摸操作面板，有助于簡(jiǎn)化操作與監(jiān)控措施，工作人員能夠通過面板顯示的各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況，并結(jié)合實(shí)際要求來調(diào)整各方面的參數(shù)或通過觸摸屏按鈕啟動(dòng)各功能開關(guān)。觸摸屏的畫面采用網(wǎng)頁式設(shè)計(jì)，能夠完成所有的控制功能，包括輸入、參數(shù)顯示、儲(chǔ)存與記錄、報(bào)警等功能，且操作簡(jiǎn)單明確。

門式起重機(jī)的門機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要是采用速度閉環(huán)控制的變頻系統(tǒng)，具有較好的調(diào)速效果，受轉(zhuǎn)矩的影響小，有助于實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。在速度閉環(huán)控制中可以通過電纜卷筒電機(jī)與起升機(jī)構(gòu)的理論速度確定給定速度，從而實(shí)現(xiàn)電纜卷筒電機(jī)的有效控制。同時(shí)由于PLC以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，提高了變頻器閉環(huán)控制的精度。PLC作為門機(jī)控制的主要設(shè)備，能夠通過采集起升機(jī)構(gòu)以及電纜卷筒的各項(xiàng)參數(shù)，然后計(jì)算不同情況下的速度關(guān)系曲線，然后調(diào)整電纜張力以及卷筒電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相關(guān)數(shù)據(jù)，并反饋至PLC控制系統(tǒng)，對(duì)卷筒變頻器進(jìn)行調(diào)控，從而確保起升機(jī)構(gòu)的同步精準(zhǔn)度。

三、結(jié)束語

PLC控制器與變頻器具有較好的應(yīng)用價(jià)值，在水電站門式起重機(jī)中具有較好的應(yīng)用效果，有助于提高起重機(jī)的可控性，從而確保安裝的質(zhì)量以及調(diào)控的效果，能夠確保工程的經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)水電站施工進(jìn)度以及經(jīng)濟(jì)的影響。