PLC及變頻器在港口起重設(shè)備上的應(yīng)用

摘要：目前，PLC、變頻器以及一些新型電氣元器件已經(jīng)廣泛運(yùn)用到港口起重機(jī)上，電氣可靠性得到了提高，故障率大大降低，改善了港口起重機(jī)的性能，維修起來非常方便。文章分析了PLC、變頻器及周邊電氣器件在港口起重機(jī)上運(yùn)用的選型依據(jù)和體會(huì)，以提高系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；電氣元器件；港口起重設(shè)備；設(shè)備故障；電氣可靠性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP217 文章編號(hào)：1009-2374（2015）28-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.026

可編程邏輯控制器（PLC）在20世紀(jì)80年代中期即在我國推廣使用。目前，PLC、變頻器以及一些新型電氣元器件已經(jīng)廣泛運(yùn)用到港口起重機(jī)上，電氣可靠性得到了提高，故障率降低，大大地改善了港口起重機(jī)的性能，維修也變得非常方便。泰州港運(yùn)集團(tuán)公司在較早時(shí)期采用PLC技術(shù)對(duì)起重機(jī)的控制電路進(jìn)行改造。當(dāng)時(shí)選用的是日本三菱公司的F1系列PLC，輸入輸出點(diǎn)（I/O）為20～60點(diǎn)，最多可擴(kuò)展到120點(diǎn)。該機(jī)為整體結(jié)構(gòu)，輸入輸出點(diǎn)固定為3∶2。CPU是MCS51系列單片機(jī)，主頻和內(nèi)存都很小，最多允許編程1000步，用簡(jiǎn)易編程器編程，這是早期產(chǎn)品。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，PLC也在不斷發(fā)展，現(xiàn)在模塊化結(jié)構(gòu)的PLC，輸入輸出模塊配置都很靈活，其中采用通訊組件、主從站結(jié)構(gòu)的模塊的PLC，配置更加靈活。簡(jiǎn)單介紹如下：這是一種類似新型彩電I2C結(jié)構(gòu)的技術(shù)，即僅由兩根線組成：一根串行時(shí)鐘線；一根串行數(shù)據(jù)線。結(jié)構(gòu)如圖1所示：

這種結(jié)構(gòu)對(duì)有行走機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，如橋吊、門機(jī)、臺(tái)架式起重機(jī)特別合適，可減少很多條控制線和中心受電器的環(huán)數(shù)，實(shí)際線路變得很簡(jiǎn)潔。例如泰州楊灣港區(qū)一期工程新安裝的10T門機(jī)即選用了這種結(jié)構(gòu)，其型號(hào)為OMRON的CQM1型的PLC，主機(jī)安裝在司機(jī)室，從站安裝在各個(gè)電器控制單元中，司機(jī)室主機(jī)到機(jī)房控制柜的控制線6根就夠了。具體為2根AC220V控制電源線、2根DC24V控制電源線、2根通訊線。同樣，從司機(jī)室主機(jī)到大車行走控制柜的控制線經(jīng)過中心受電器，中心受電器控制回路的環(huán)數(shù)也只要6道。但如不選擇這種模塊的PLC，則中心受電器控制回路的環(huán)數(shù)將多達(dá)23道，具體見表1：

這樣就使整個(gè)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔流暢，更重要的是提高了中心受電器這個(gè)電氣薄弱環(huán)節(jié)的可靠性，從而提高了整機(jī)的電氣可靠性。由此可見，這種主從站結(jié)構(gòu)的模塊值得推廣介紹。同時(shí)，我們?cè)赑LC運(yùn)用時(shí)的線路設(shè)計(jì)應(yīng)摒棄傳統(tǒng)繼電器控制線路的模式，以便充分發(fā)揮PLC的優(yōu)越性。例如，有人設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電氣聯(lián)鎖線路時(shí)，采用如圖2所示電路：

將副觸頭與線圈就近接線，這樣雖然達(dá)到聯(lián)鎖目的，線路也不長(zhǎng)，但沒有充分利用PLC有輸入輸出故障顯示、全面控制的優(yōu)點(diǎn)，降低了可靠性，增加了維修難度。如果將接觸器輔助觸頭作為PLC的輸入信號(hào)，在完成電氣聯(lián)鎖的同時(shí)，又能夠檢測(cè)系統(tǒng)工作情況，并通過顯示屏等顯示出故障點(diǎn)，非常有利于故障的發(fā)現(xiàn)與排除，如圖3所示：

今后PLC的發(fā)展方向除實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制外，還有聯(lián)機(jī)功能，可將數(shù)據(jù)上傳給計(jì)算機(jī)，并與港口局域網(wǎng)相連，全面實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化管理。

我們?cè)谠O(shè)備安裝了PLC以后，由于其固有的特點(diǎn)，也就對(duì)其周邊電氣器件提出了相應(yīng)的要求，目前港口起重機(jī)廣泛使用的輸入電氣元件，如聯(lián)動(dòng)臺(tái)、行程開關(guān)、過流繼電器等的副觸頭和接觸器付觸頭，其觸點(diǎn)容量大，體積也大。它們都是為分?jǐn)嚯妷篈C500V、DC220V，電流5A左右即所謂強(qiáng)電而設(shè)計(jì)的，造成整個(gè)結(jié)構(gòu)粗笨，司機(jī)操作不靈活，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。港口起重機(jī)使用PLC以后，由于PLC的輸入要求是電壓在DC24V以下，電流僅為5～20mA，即所謂弱電。它要求高靈敏度的觸點(diǎn)或無觸點(diǎn)的電子開關(guān)器件，因而聯(lián)動(dòng)臺(tái)應(yīng)選用結(jié)構(gòu)精巧，觸頭靈敏的聯(lián)動(dòng)臺(tái)。泰州港楊灣港區(qū)一期工程新建的40T-30M臺(tái)架起重機(jī)就大膽選用了這種新型聯(lián)動(dòng)臺(tái)，操縱靈活，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，可靠性很高，深得司機(jī)喜愛。常規(guī)行程開關(guān)、過流繼電器、中間繼電器等的常閉接點(diǎn)，接到PLC工作一段時(shí)間以后，觸頭表面易氧化，造成接觸電阻增大，弱電不能通過，產(chǎn)生誤動(dòng)作。但在強(qiáng)電環(huán)境下，它們工作正常，沒有故障，所以國外有的PLC和變頻器的說明書上特別聲明，它們的輸入點(diǎn)須用高靈敏度的低壓繼電器。具體選用上，如行程開關(guān)，可廣泛選用無觸點(diǎn)的接近開關(guān)，它可直接與PLC聯(lián)結(jié)。中間繼電器等選高靈敏度的低壓繼電器。另外，PLC輸出容量較小，一般需要中間繼電器擴(kuò)容，常規(guī)中間繼電器和小容量接觸器體積大，故障率較高。建議選用插座式，一對(duì)接點(diǎn)的專用繼電器，可減小體積，提高可靠性，而且更換方便。

下面我們談?wù)動(dòng)嘘P(guān)變頻器運(yùn)用的體會(huì)。集裝箱門式起重機(jī)的大小車機(jī)構(gòu)選用變頻器控制，其優(yōu)點(diǎn)明顯，已被人們接受。如楊灣港區(qū)一期工程35T-36M集裝箱門式起重機(jī)即采用這種設(shè)計(jì)。其精確的定位，在裝卸作業(yè)生產(chǎn)中得到了充分體現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)率，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

門機(jī)、臺(tái)架式起重機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車行走機(jī)構(gòu)合用一個(gè)變頻器控制，這也是一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車行走機(jī)構(gòu)電機(jī)總?cè)萘肯嘟植煌瑫r(shí)工作。以上機(jī)構(gòu)選用變頻器控制后，有一個(gè)共同的特點(diǎn)：這些機(jī)構(gòu)的負(fù)載不太大，變化范圍小，這就在省去了許多接觸器和電阻箱的同時(shí)，還可選用普通鼠籠電機(jī)。普通鼠籠電機(jī)比繞線式電機(jī)價(jià)格小得多，而較小容量的變頻器價(jià)格也不高。如此算來，在總投資增加不多的情況下，可取得較高的性能價(jià)格比。

起升機(jī)構(gòu)選用變頻器，目前可能還不能被接受，因?yàn)橥顿Y額較大。但隨著集裝箱業(yè)務(wù)增加，大噸位貨種增多，現(xiàn)代起重機(jī)運(yùn)行要求更加平穩(wěn)，定位要求更加準(zhǔn)確。在制動(dòng)過程中必須自動(dòng)接入平滑的電氣制動(dòng)，制動(dòng)器僅作為停止器使用。能耗制動(dòng)、渦流制動(dòng)都有其缺點(diǎn)，不能滿足要求。而近年來變頻技術(shù)飛躍發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，變頻技術(shù)日趨成熟。價(jià)格卻逐步下降，目前在0.5～1元/W左右。起升機(jī)構(gòu)選用矢量控制技術(shù)的變頻器，再配以變頻電機(jī)（變頻電機(jī)的價(jià)格約是同容量普通鼠籠電機(jī)1.8倍，但低于繞線式電機(jī)），可滿足對(duì)調(diào)速硬度、低頻轉(zhuǎn)矩特性的要求。可以長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，能有效防止重載空中溜鉤現(xiàn)象。空鉤或輕載工況的速度可大幅度提高，大大地提高生產(chǎn)率，并具有明顯的節(jié)能效果。

總之，起升機(jī)構(gòu)選用變頻器，能夠節(jié)能，提高生產(chǎn)率，能延長(zhǎng)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命及各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命，減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，因而性能價(jià)格比也比較高。以上就PLC及變頻器在港口裝卸機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用，談了我們一點(diǎn)體會(huì)，新技術(shù)、新工藝、新材料的采用，對(duì)于提高港口裝卸機(jī)械的總體性能、改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)的可靠性都有實(shí)際意義。

作者簡(jiǎn)介：姜霽虹（1973-），女，江蘇泰州人，江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院泰州分院助理工程師，研究方向：起重機(jī)械、電梯等特種設(shè)備檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）