浅谈在桥式起重机中PLC控制的变频调速的应用

摘要：采用可编程序控制器PLC和触摸屏控制技术及变频器对桥式起重机控制系统进行改进设计，实现起重机的变频调速，达到设备安全可靠运行，减轻人员劳动强度、提高工作效率的目的。

关键词：桥式起重机；变频器；PLC控制系统

中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：

变频调速作为一种调速方法它在节能，维护量小，自动控制性能好等方面有明显的优点，变频技术正普遍应用于电力拖动领域，特别是对一些耗能较大的设备实行变频调速，取得了明显的节能效果，而起重机械设备的拖动调速系统在低于额定转速时，仍然主要是通过转子的外接电阻消耗能量来实现。本文简述了基于PLC控制的变频技术在桥式起重机传动系统中的应用。

一、桥式起重机变频调速系统组成

桥式起重机变频调速系统主要由上位机（工业触摸屏系统）、下位机(PLC控制系统)、变频调速系统组成。系统结构图如图1。

图1

1、功能要求

桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机都需要独立运行，大车为2台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器，并由可编程控制器分别加以控制。起重机必须实现的操作功能有：主钩升降，副钩升降、大车运行，小车运行；保护功能有：主副钩上升限位、下降限位、大车限位、小车限位，主副钩及大小车电机的保护等。

下面分别对各机构调速控制进行说明。

1.1起升机构

起升机构属位能负载机构，不但要求高的转速及起制动的控制精度，而且对转矩控制要求严格。

主起升和副起升两台电机各使用一个变频器，变频器的选择以额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率，变频器运行的效率为依据。通过计算，变频器的额定电流一般为电动机额定电流的1.2倍以上。

控制方式选用带PG的矢量控制方式。PLC接受电机的旋转编码器经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。

1.2运行机构

大车运行机构两台电机用一个变频器；考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。通常选额定功率大一级的变频器。

控制方式选用无PG v／ｆ的变频控制方式。

运行机构的起动时间应尽量符合实际需要，起动迅速而平稳；机构的电气制动方式必须着重考虑。对不同的工况，可选择自由制动方式与强制制动方式。在运行机构正常停止时，可选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满足司机操作桥式起重机的需要为主。为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，可以通过设定机械制动器的打开时间、变频器的最低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求。

2、工业触摸系统

工业触摸屏系统采用5.7英寸西门子产品TP170B与PLC控制系统连接，利用强大的工业触摸屏组态软件进行开发，它一方面采用直观人机界面，能够明确指示操作员机器设备目前的状况，使操作简单生动，减少失误；另一方面人机界面具有故障显示及控制变频器全变频调速等功能，只需点击画面上的按键，与其相关的文件数据就被激活，通过上位机和下位机通讯，实现对设备的实时监控。

3、PLC控制系统

SIMATC S7-200系列是西门子公司小型可编程序控制器。可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面(HMI)可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易组成控制网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承了和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。

操作人员通过操作按钮和主令控制器将控制电动机的正转、反转、调速等。控制指令传入PLC，指令信息通过PLC内用户程序处理后，由PLC向变频器发出起停、调速等指令信号，变频器将根据控制指令按照控制要求调节变频器的输出相序和频率来控制驱动电机的方向和转速，取代原来的传统绕线型转子串电阻调速驱动系统。在控制过程中PLC是整个系统的核心。

二、控制系统设计

根据起重机工作要求，要实现对变频器的控制，PLC必须接受操作信号并进行综合处理和控制变频器输出，驱动电机动作，它与变频器之间的联络主要有：速度信号，制动信号，正反转信号，运行应答，达速控制，故障处理等。

对桥式起重机变频调速控制系统的基本要求

（１）主、副机构升降速度调节；

（２）运行机构运行速度调节；

（３）保护功能：主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保护等。

控制系统应由ＰＬＣ、继电器、操纵台各主令控制器、开关、按钮、指示灯及各部位限位开关等组成。

1、控制系统的I/O点及地址分配

根据控制系统的要求，控制系统应具备的输入／输出点数，名称、代码及地址编号如下表所示。

2、ＰＬＣ配置

根据以上系统开关量输入点，开关量输出点，模拟量输入点，模拟量输出点的个数，系统同时要求有八路模拟量输入作为反馈信号，有四路模拟量输出作为变频器的控制端输入同时要求ＤＩ／ＤＯ点数具有＞１０％的冗余，所以ＣＰＵ模块选用ＣＰＵ２２６模块，数字量输入模块采用两块ＥＭ２２３模块，模拟量输入模块采用两块ＥＭ２３１模块、模拟量输出模块采用两块ＥＭ２３２模块。

3、各机构的安全保护及检测

桥式起重机的安全性能尤为重要。因此在软硬件设计中，我们对各机构的安全检测和保护做了周密的设计。

3.1机构安全保护及检测

主副起升机构设有上下极限限位开关，限位开关采用凸轮式或螺母螺杆式，当吊钩上升下降到极限位置时，停止在该方向上的运行。

主副起升机构超速限位保护由变频器完成。

主副起升机构共用一台超负荷力矩限制器。

主副起升机构的过电流、过载、短路、断相等保护由变频器自动完成。

主副起升机构均配备ＢＣＱ型起重量超载限制器，其综合秤量精度≥５％ＦＳ起重量超载限制器能分别在满载和所设定载荷发出相应信号，当载荷达到 ９０％时，发出提示性报警信号，当载荷达到１１０％时，立即停止起升动作，并发出禁止性报警信号。

3.2行走机构安全保护及检测

小车在其运行的两个方向上均设有终点限位开关和预限位开关，开关采用一般机械式，其动作逻辑与保护过程同起升机构。

行走机构的过电流、过载、短路、断相等保护由变频器自动完成。

结束语

PLC与变频器结合应用于桥式起重机控制系统，提高了操作精度和稳定度；综合保护功能完善，便于及时发现、查找、处理故障。基于PLC控制的变频调速在起重机机械设备上的应用前景，此项技术的研究与应用具有较强的推广价值。

参考文献：

田李伟，起重机工业触摸屏监控变频无级调速系统[J]．电工技术，2003.10

陈贤明，陈柳甲，起重机交—交变频调速控制系统[J]．起重运输机械，1998.6