PLC和變頻器應用于橋式起重機探究

【摘 要】傳統的橋式起重機為了提高起動轉矩，采用繞線式異步電動機拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作來改變其轉子所串電阻調速。當前人們普遍采用變頻器作為變頻調速電源，用籠形異步電動機取代原來的繞線異步電動機，用PLC作為控制裝置進行無觸點控制。從而改善了調速性能，增加了系統的可靠性。本文通過一個實例分析變頻器和PLC在系統中的具體應用。

【關鍵詞】PLC；變頻器；機構系統圖；程序；功能擴展

一、橋式起重機拖動系統

（1）橋式起重機的運行機構。第一，大車拖動系統拖動整臺起重機順著車間方向左右移動（以司機的坐向為參考）；第二，小車拖動系統拖動吊鉤及重物順著橋架作前后運動；第三，吊鉤拖動系統拖動重物作吊起或放下的上下運動。（2）負荷特點。橋式起重機的拖動系統負載都屬于恒轉矩性質，且其起升機構為位能性負載。（3）控制要求。第一，起升機構要求起動轉矩大，起動運行平穩。能夠實現正反轉運行且要有超載、限位、限流等多種保護；第二，起升機構在啟停過程中易出現“溜鉤”問題。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.65秒），而電動機轉矩的產生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應的。因此，制動器和電動機在動作的配合上極易出現問題。要有相應的防止措施。起升機構中要有機械制動器。起重用變頻器具有零速全轉矩功能，但是若重物停在空中時出現電源瞬間停電等情況，就會有重物下滑的危險。因此，電動機軸上必須加裝制動器。常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。

二、PLC和變頻器的系統應用

圖1 主起升機構系統圖

（1）系統配置。第一，變頻器。橋式起重機的平移機構對拖動系統的性能要求不高，為了節省成本，選用V/F控制方式的通用變頻器即可滿足要求。本文以安川VS—616G5變頻器為例分析。該變頻器具有零速全轉矩功能，這就保證了吊鉤由運行狀態降為零速時，電動機能夠使重物在空中暫時停住，直到電磁制動器將電動機軸抱住為止，從而防止了溜鉤。第二，PLC可選擇日本三菱的FX衛N—08MR。第三，平移機選用普通電機；主副提升機構都采用變頻電機并裝有光電編碼器，變頻器附有PG-理速度反饋控制卡與光電編碼器相連接；為了保證足夠的啟動和運行力矩，主提升機構的變頻器一般比電動機容量放大一個等級（若電動機為90KW，則變頻器的容量可選110KW）。（2）系統圖。下面是主起升機構系統圖，如圖1所示。PLC端子及控制關系說明：上述系統中PLC為控制中心，它的輸入信號來自主令控制器，用以控制主鉤電動機的正反轉和多段速及零位保護）和變頻器（故障輸出、制動器控制信號），以及超載、限位等檢測信號。（3）PLC程序。本系統PLC程序為一般的順序控制程序，其中的關鍵是要理清系統工作過程中實際需要的控制關系。（4）工作過程。系統上電后，在無故障反饋情況下，司機室駕駛員通過聯動臺的主令控制器發出操作指令信號給PLC，PLC根據內部程序的執行結果輸出給變頻器正反轉和多段速輸入端，從而控制主鉤的升降運行和變速。（5）溜鉤的防止。Vs-616 GS矢量控制型變頻具有零速全轉矩功能，在設計橋式起重機起升機構時只需考慮PLC和變頻器的適當配合，即可圓滿解決“溜鉤”問題。（6）功能擴展。第一，如果需要，可在PLC輸入端連接遙控器對橋式起重機的拖動系統進行控制。第二，可以配置觸摸屏或液晶顯示器對系統的主鉤高度、載荷、運行狀態、故障狀態等進行監視。1毛一扮卡輸出脈沖到PLC高頻脈沖輸入端，經SPD脈沖速度計算指令計算用于速度控制和顯示。PLC與觸摸屏通過R32串行接口相連，Pl刃中的接口程序在PLC中為觸摸屏設立數據讀取區及相關狀態標志，用于觸摸屏的監視。（7）系統保護。變頻器本身具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，對主起升機構來說，變頻器驅動一臺電動機，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機而不必接熱繼電器作過載保護。司機可以通過聯動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進而控制總電源的通斷，在無法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過急停開關接通總斷路器的分勵脫扣線圈來斷開電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開關和鑰匙開關作為安全保護措施。

有了功能完善、性能穩定可靠的PLC和變頻器的有力支持，橋式起重機在可靠性、調速性能、節能和運行效率等方面與傳統的橋式起重機相比有了很大提高，PLC 和變頻器構成的橋式起重機系統成為目前橋式起重機的典型設計模式，應用非常廣泛。