PLC在桥式起重机控制回路中的应用

摘 要：本文阐述了可编程控制器（PLC）的特点、PLC控制系统与传统继电器控制系统的区别，以及PLC和变频器在100/32t桥式起重机控制回路中的实际应用。

关键词：PLC；变频器；桥式起重机；控制系统

在炼钢生产中，桥式起重机是炼钢生产过程中的主要设备，且起重重量较大。一般桥式起重机电气控制方式采用传统的主令、凸轮控制器及继电器-接触器进行控制。这种传统的主令、凸轮控制器及继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题：（1）在冶金行业桥式起重机工作环境恶劣，工作任务繁重，操作频繁，使得传统的主令、凸轮控制器及继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人维护量大。（2）由于桥式起重机的卷扬电动机功率较大，采用传统的电动机转子串接电阻器调速，各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低，电动机频繁烧损。

1 PLC控制系统的特点

PLC即可编程控制器，它应用面广、功能强大、使用方便，是工业自动化的主要控制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用。PLC控制系统与传统继电器控制系统相比，具有以下特点：

1.1 可靠性高，抗干扰能力强：传统的继电器控制系统中使用了大量中间继电器、时间继电器。由于线路复杂，接点接触不良等原因，容易出现故障。PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅与输入和输出有关的少量硬件元件连接，使得接线简单，大大减少了因接点接触不良造成的故障。

1.2 系统的设计、安装、调试工作量小：PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等元器件，使系统的设计、安装和接线工作量大大减少。

1.3 维护工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。

1.4 体积小，能耗低：PLC系统与继电器控制系统相比减少了大量的中间继电器、时间继电器和计数器等元器件，使控制柜体积缩小，配线简单，用量小，因此可以降低能耗，节省大量的费用。

2 PLC在桥式起重机电气控制回路中的实际应用

针对桥式起重机传统电气控制方式存在的问题及PLC控制系统的特点，我公司在炼钢易地改造工程中所选用的桥式起重机全部采用联动控制台和PLC控制系统替代传统的主令、凸轮控制器及继电器-接触器控制方式。并对三台100/32t桥式起重机的卷扬电动机采用变频器控制。

2.1 PLC系统的组成

在100/32t桥式起重机中选用了西门子的S7-300模块化的PLC。PLC系统由中央单元CU、扩展模板EM和西门子的CP340触摸屏组成。如图1所示。

图1 100/32t桥式起重机PLC系统组成

中央单元CU安装在起重机的电气梁内，CU的输入模块选用直流24V，用于采集配电部分的开关，接触器，总过流信号；各机构电动机主回路，正、反转接触器，过电流，制动器反馈信号；各行程限位保护及提升机构的超载、超速，变频器运行、故障等信号。输出模块选用直流24V，通过微型继电器输出，用于控制配电部分的总接触器，各机构电动机、制动器的运行。

扩展模板EM安装在驾驶室联动操作台内，EM的输入模块选用直流24V，用于采集联动操作台控制各机构电动机的正、反转及各档位速度信号，零位信号，起重机电源控制，急停，登机请求、应答，主提升电动机选择及变频器复位等控制信号。并通过PROFIBUS总线电缆与PLC系统连接。

CP340触摸屏安装在驾驶室联动操作台上，用于显示起重机工作状态。操作人员通过触摸屏可以了解起重机各机构电动机的控制运行情况。便于故障监视，以确保起重机的安全运行。

2.2 起重机的控制过程

大车、小车、副提升电机功率较小采用PLC输出控制接触器运行，主提升电动机因功率较大（两台132KW电动机）采用ACC800变频器通过开关量端子接受PLC 控制信号来运行。以主提升电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，操作人员按实际需要通过联动操作台向PLC发出各种控制信号。PLC通过编译好的程序对变频器输出控制信号，变频器接收到PLC提供的控制信号，并按设定向电动机输出可变频、变压的电源，同时打开制动器，从而实现电动机的起停和调速。

图2 100/32t桥式起重机主提升I/O接线图

在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器电源断开，变频器停止工作。当主提升电动机因故障跳闸时，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。

提升电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，通过斩波器接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器安全运行。

主提升电动机采用变频器驱动后使提升性能有较大提高，起升平滑、稳定，被吊物件定位准确，卷扬提升操作可以实现无级变速，加上变频器自身保护功能齐全，如过流、过载、过压等都能及时报警及停止，减少了起重机故障，提高了安全性能。变频器接线图如图3所示。

图3 主提升电动机变频器控制原理接线图

3 结束语

综上所述，PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，同时减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。

参考文献

[1]2007-10 西门子有限公司自动化与驱动集团.S7-300可编程序控制器[Z].