PLC在桥式旋转起重机中的应用

摘要：PLC系统由西门子PLC、MM440变频器部分组成，调速方式采用变频调速。其中软件部分是在对硬件系统进行方案论证的基础上，用软件工程的方法设计了系统的总体要求，用程序控制取代继电器-接触器控制，以梯形图语言为编程工具，采用RS-485进行变频器和PLC之间的通信，并进行了详细设计和编程实现，最终达到该系统稳定、可靠的控制性能。

关键词：桥式旋转起重机;西门子PLC;MM440变频器;RS-485通信

中图分类号：F403.6 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0062-02

一、前言

变频器和PLC在桥式起重机控制中的应用是一种随着科学技术的发展应运而生的，是适应现代工业生产规模的扩大和自动化水平提高的电气控制系统。

二、设计意义

我车间使用的桥式旋转起重机的主控系统主要采用YZR系列电机串电阻箱的方法进行低速启动和高速负载，主令控制台到接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：

1.基于桥式旋转起重机环境恶劣，任务繁重。直流接触器控制电动机正反转时，换挡换向冲击大，易造成绕线式异步电机绕组烧损和电阻箱断裂故障时有发生。

2.主令控制台到接触器控制系统可靠性差，控制台触点及直流线圈烧损故障频繁。

3.电动机转子串电阻箱调速，各机构机械冲击及磨损大，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻箱发热或老化易烧损，电能运用效率低且浪费大。

4.安全方面可靠性较差，时有主闸刀明火烧损现象。

要解决上述控制系统中所存在的缺点和问题，只有改变现有的控制方式。近年来，计算机技术和变频技术的迅猛发展，同时也带动了电气传动和PLC控制领域的发展。为PLC控制的变频调速技术在桥式旋转起重机控制系统提供了有利条件。变频技术的运用使得起重机的整体特性得到了较大提高，可以解决现有桥式旋转起重机控制系统中存在的许多普遍问题。

三、硬件基本结构

1.系统硬件控制方面采用一套西门子S7-200系统PLC控制器、主令操作台进行控制，克服了原控制系统中绕线式异步电机切电阻易烧损和断裂等故障，造成电机触头烧损，电刷冒火影响现场生产和安全，及其调速方式机械特性较差的缺点。在调速方面采用西门子MM440变频器驱动大车、小车、旋转和主钩电动机，变频器和PLC之间进行RS-485通信，并配置相应的制动单元，实现制动能耗消耗，以保护电器元件。起重机操作人员可通过联动台，用程序控制取代继电器-接触器控制，以梯形图语言为编程工具，执行PLC预先编写的程序指令，通过主令控制成变频器正反转和调速切换等。

2.PLC选型根据桥式旋转起重机的电控制系统的传动要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，由于桥式旋转起重机电气控制系统涉及较多的I/O端口，其控制过程相对简单，因此采用CPU226作为该控制系统的主机，具有24点DC输入/16点DC输出点。在桥式旋转起重机控制系统中使用的数字量输入点比较多，因此除了PLC主机自带的I/O外，还需扩展一定数量的I/O扩展模块。在此采用EM223输入/输出混合扩展模块，16点DC输入/16点DC输出型，如图1所示控制系统输入输出点的要求。

四、软件系统设计

1.各机构梯形图控制。桥式旋转起重机控制系统由四个基本独立的机构组成：大车控制系统、小车控制系统、旋转控制系统和主钩控制系统。用交流变频调速技术取代绕线式异步电机转子回路串电阻箱的调速方式。整个系统有5台变频调速电机。由于大车同步运行，因此两台变频调速电机共用1台变频器控制。小车、旋转和主钩电动机分别由3台变频器单独控制。

根据系统的控制要求，控制过程全部在人工控制下运行，每个设备可单独运行，也可同时运行，具体PLC梯形图程序如图2所示。

2.主钩防溜钩设计。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，发生重物下坠的现象称为溜钩。检测变频器的反馈值，主要是为了防止溜钩的发生，出现溜钩是因为电磁制动器在通电到断电或者断电到通电是需要时间的，大约为0.6S，如果变频器较早停止输出，将很容易出现溜钩现象。溜钩现象的出现主要分两种情况，其控制方法也分为以下两种。一种是重物悬空停止过程，设定一个停止频率，当变频器的工作频率下降至该频率时，变频器输出一个频率达到设定频率，延迟1S到2S的时间，发出停止电磁制动器运行的指令，该时间应略大于电磁制动器完全抱住重物所需时间，使得电磁制动器抱住重物，最后变频器将工作频率降低到0。另一种是重物悬空升高启动，设定一个上升启动频率，当变频器工作频率上升至该频率时，变频器输出一个频率到达的信号，然后延迟1S到2S的时间，发出启动电磁制动器运行的指令，该时间应略大于电磁制动器完全松开重物所需时间，使得电磁制动器松开重物，变频器工作频率升高所需频率。具体升降悬停/启动控制梯形图程序如图3所示。

四、结束语

综上所述，对于棒线厂原料跨电磁桥式起重机PLC的设计是切实可行的。PLC控制变频技术应用到桥式旋转起重机中，通过控制台控制各变频电机的速度和制动都可以从实际运行中设定，而且十分快捷。从运行效果来看，设备的故障率大幅下降，变频电动机烧损明显减少，同时减少对车间一号高配电网的冲击。更重要的是在设备检修时，给检修人员分析、判断和排除电气故障提供了方便，而且检修排查故障的效率明显提高，同时现场使用设备维护量减少，提高了起重机的长周期运行时间。此外由于不使用电阻箱启动调速，也对节能降耗起到了积极的作用。

参考文献：

[1]李铮.起重运输机械[M].北京：冶金工业出版社，1982.

[2]胡学林.可编程控制器教程[M].北京：电子工业出版社，2003.

[3]程玉华.西门子工程应用与分析[M].北京：电子工业出版社，2008.