PLC和變頻技術在交流橋式起重機控制中的應用

商仕金

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

掌握橋式起重機的主體結構、工作傳動原理，及其PLC和各種變頻傳動技術等基礎知識后，能更好地學習操作和管理維護一臺橋式起重機，確保橋式起重機長壽命周期穩(wěn)定安全運行，助力機械企業(yè)社會經(jīng)濟效益的不斷提升。同時，交流PLC和液壓變頻維護技術成功應用于大型交流液壓橋式重力起重機后，由于設備自動化技術程度較高，對設備維護操作人員的專業(yè)技術水平也提出了更高的要求，所以需要設備維護技術人員不斷提升專業(yè)技術水平，掌握交流PLC和液壓變頻維護技術，確保橋式起重機長周期穩(wěn)定運行。

1 橋式起重機概述

圖1 橋式起重機示意圖

在鋼鐵企業(yè)中，橋式起重機主要被廣泛應用于大型物料的起重、材料的起重、存儲以及倉庫起重設備運輸架的管理工作。就一般實際使用條件情況而言，目前常見的橋式起重機主要由以下4個部分和主要機械結構和零部件綜合組成[1]。

（1）大型橋式起重機的采用大車主體結構，大車主體結構主要用途是通過4個圓形車輪用來驅(qū)動飛機進行各種橫向起重運輸。

（2）傳統(tǒng)橋式小車起重機的采用小車起重運行系統(tǒng)結構，小車起重運行系統(tǒng)結構主要原因是由于利用傳統(tǒng)橋式小車起重機系統(tǒng)中的小車起重提升制動裝置以及電力運輸中的電力系統(tǒng)，通過兩輪小車驅(qū)動在一個相應的電力橋架上運行實現(xiàn)的縱橫向電力運輸。

（3）關于橋式升降起重機的存儲升降運輸結構，為有效率地完成升降物料的移動存儲與升降運輸，需要同時進行各種相應的升降物料存儲升降運輸作業(yè)，其中橋式升降機的結構上還需要配有相應的風力發(fā)電機、齒輪機的驅(qū)動以及各種減速輔助裝置，制動器、極限制動開關、吊鉤以及卷筒等傳動機構。

（4）完整的電氣橋式起重機的正常運行還可能需要同時配置一套相應的電氣系統(tǒng)，主要配置包括主機配電室、控制室以及電氣通道與電動扶手等配電設施，確保橋式起重機在規(guī)定工作時間內(nèi)能夠有序正常進行。

2 PLC和變頻技術的設計

以交流繼電接觸器手動控制電路為技術基礎的新型交流高壓橋式凸輪起重機，手動控制電路是個比較成熟的控制電路，雖然在現(xiàn)代計算機沒有真正應用普及到很多工業(yè)機械設備之前，利用交流凸輪驅(qū)動控制器和其它主令驅(qū)動控制器直接進行手動操作控制，確實是可以充分體現(xiàn)它的經(jīng)濟性，但也仍然存在不少小的缺點：電動轉子與所串聯(lián)的電阻不易調(diào)速，特性由于曲線不平滑，調(diào)速工作效果不理想。對此引入了PLC技術。在系統(tǒng)設計采用PLC和變頻控制技術時，變頻無級調(diào)速控制系統(tǒng)不僅可有效地為變頻交流電和橋式汽車起重機的變頻電動機轉速提供無級變頻控制電源，從而對變頻電動機轉速進行無級變速調(diào)頻，在調(diào)速控制變頻過程中它還可有效地自動實現(xiàn)對變頻控制電路的平穩(wěn)無級調(diào)速。其中，起重機的整體區(qū)域運行管理控制電路系統(tǒng)將重機控制電路的電源開關量精度，作為重機控制電路電壓輸出和電源輸入的測量標準，但是，由于目前起重機區(qū)域控制電路的整體運行和管理控制系統(tǒng)工藝操作流程較為復雜，所處的工作環(huán)境較為惡劣，對于重機控制電路系統(tǒng)的整體運行性能要求較為嚴苛。因此，將PLC和交流變頻控制技術結合運用于新型交流變頻橋式重力起重機自動控制電路中，可對橋式起重機自動控制電路頻率進行科學自動調(diào)控，確保重機控制電路正常運行穩(wěn)定。

3 PLC和變頻控制技術在橋式交流電和橋式重力起重機自動控制系統(tǒng)中的重要應用

3.1 用儀器PLC及接觸器a來模擬整個凸輪軸及控制器的正常工作

用一個三控制擋位的帶有主令驅(qū)動控制器與兩只帶有升降驅(qū)動控制器的按鈕組合作為一個操作控制器件，就已經(jīng)可以直接達到用它的PLC及接觸器等來模擬控制凸輪軸等控制器的正常工作。其應用電路學的優(yōu)越性主要是：

（1）由于保留系統(tǒng)原有的驅(qū)動電阻器和驅(qū)動控制操作方式常年不變，使系統(tǒng)操作者同時能夠快速容易上手。

（2）同時節(jié)省了主令控制器的多個控制觸點，降低了系統(tǒng)故障率。

（3）通過使用接觸器進行配合控制可直接實現(xiàn)系統(tǒng)遠距離自動控制，有效地大大減少了控制觸頭的振動損壞。

（4）工作可靠性高，操作方便，降低了系統(tǒng)操作管理人員的勞動強度。

（5）通過手工改造主令控制器，節(jié)省了基于PLC的多個輸入控制接口，提高工作可靠性和使用經(jīng)濟性。

（6）用于對PLC進行控制不僅提高了利用電路驅(qū)動控制的工作可靠性，且同時可大大縮短系統(tǒng)改造操作周期，維修方便。

（7）通過利用凸輪主令驅(qū)動控制器可以代替使用凸輪主令控制器進行控制，可以大大提高主令控制器的使用壽命，減少了用凸輪主令控制器根據(jù)來回方向轉動可能產(chǎn)生的機械磨損或造成機械卡死等安全問題。在工程設計時，為了有效節(jié)省其中PLC的其中輸入、輸出兩個接點，提高其中PLC的使用經(jīng)濟性，可對其中輸入、輸出兩個接口的長度分配接線作適當?shù)拈L度調(diào)整：①連接可把樓梯艙門、端梁及樓梯欄桿等艙門安全控制保護的常用分開式接觸頭串聯(lián)在一起后再連接在端口，一樣可以達到安全控制性能要求[2]。②二又凡是系統(tǒng)的所有開關極限安全保護位置控制開關、急停位置開關、艙門、端梁及開關欄桿和閥門漏電保護門等開關均與總系統(tǒng)電源開關串聯(lián)，實現(xiàn)總系統(tǒng)電源安全保護和總控制器的作用。由于開關系統(tǒng)設計要求所有電動門上的開關必須可靠安全閉合，系統(tǒng)開啟才能自動通電正常工作，故門上的開關裝置采用了常規(guī)斷開觸點，確保用戶人身安全。

3.2 用變頻器控制代替電阻器起動和調(diào)速控制

起重機的調(diào)速變頻自動調(diào)速控制系統(tǒng)主要采用調(diào)速變頻自動調(diào)速控制技術和s/PLC調(diào)速技術，實現(xiàn)了調(diào)速變頻器在起重負載上的廣泛應用，取代了目前傳統(tǒng)的驅(qū)動電機式和轉子自動調(diào)阻變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)中的電控控制線路由連接變頻器和連接PLC及開關電源的步進線控制開關、線路接觸器、輔助線路開關、輔助線路繼電器等主要器件部分組成。PLC可可根據(jù)制動系統(tǒng)功能設定和自動檢測系統(tǒng)參數(shù)自動控制整臺起重機的正常啟動、制動、停止、可逆制動運轉及調(diào)速系統(tǒng)運行，使整臺起重機能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)正常操作，提高電機運行管理效率，改善電機超負荷運行作業(yè)，消除電機啟動和停止制動時的外力沖擊，減少家用電氣設備維護員的工作量，降低了發(fā)電能源的消耗，提高了電機功率損失因數(shù)。同時，系統(tǒng)還實現(xiàn)可以同時實現(xiàn)過輸出電流、過電壓、欠交流電壓和各個輸入電路缺相啟動保護，以及同時實現(xiàn)電動變頻箱機器內(nèi)部超溫、超載、超速、制動等各單元器件過熱、i/o異常故障啟動保護，并能同時實現(xiàn)對電動變頻箱機器內(nèi)部電動機的異常故障啟動保護等[3]。

由自動變頻器和PLC機組構成的臥式起重機自動變頻器和調(diào)速控制系統(tǒng)主要具有上述如下幾個顯著特點：

（1）自動調(diào)速控制范圍寬，可用于滿足高速精確定位作業(yè)控制性能要求的高速作業(yè)控制項目。

（2）重力變頻器的廣泛使用成功實現(xiàn)了重力電動機高速軟啟動、軟啟動停止，降低了重力電動機的軟啟動對起重機械傳動系統(tǒng)的壓力沖擊，可明顯大大改善民用鋼結構的設備承載能力性能，延長了重力起重機的設備使用壽命。

（3）高速控制電動機在車速達到一定零速時，能全力矩通過制動系統(tǒng)輸出，即使在高速度時制動器內(nèi)部發(fā)生機械松動或者發(fā)電機操作失靈時，也不會自動停止出現(xiàn)任何非負重物體的移動或者下滑，確保了高速制動監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠。

（4）具有快速的動態(tài)響應，不會出現(xiàn)溜鉤，并真正實現(xiàn)了"零速交叉"功能[4]。

4 結語

總而言之，交流電或橋式重型起重機自動控制電路自動控制操作方式對于重型起重機來說至關重要，通過將PLC和多種變頻控制技術綜合應用在大型交流高壓橋式重力起重機的自動控制上，不僅可以提高控制電路自動控制的工作可靠性，減少電路控制觸點，降低維修技術人員勞動強度，而且它還可以同時達到很好的經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保效果。因此，為了能確保橋式起重機正常運行過程作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，需要維修技術人員不斷加大研究力度，努力提升自身的專業(yè)技能，確保PLC和變頻技術在交流橋式起重機控制中得到有效運用，充分發(fā)揮起重機在鋼鐵企業(yè)中的作用。