PLC在橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)中的應(yīng)用

李海

摘要：PLC系統(tǒng)由西門子PLC、MM440變頻器部分組成，調(diào)速方式采用變頻調(diào)速。其中軟件部分是在對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行方案論證的基礎(chǔ)上，用軟件工程的方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體要求，用程序控制取代繼電器-接觸器控制，以梯形圖語言為編程工具，采用RS-485進(jìn)行變頻器和PLC之間的通信，并進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)，最終達(dá)到該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的控制性能。

關(guān)鍵詞：橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī);西門子PLC;MM440變頻器;RS-485通信

中圖分類號(hào)：F403.6 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）45-0062-02

一、前言

變頻器和PLC在橋式起重機(jī)控制中的應(yīng)用是一種隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的，是適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化水平提高的電氣控制系統(tǒng)。

二、設(shè)計(jì)意義

我車間使用的橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的主控系統(tǒng)主要采用YZR系列電機(jī)串電阻箱的方法進(jìn)行低速啟動(dòng)和高速負(fù)載，主令控制臺(tái)到接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：

1.基于橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)環(huán)境惡劣，任務(wù)繁重。直流接觸器控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，換擋換向沖擊大，易造成繞線式異步電機(jī)繞組燒損和電阻箱斷裂故障時(shí)有發(fā)生。

2.主令控制臺(tái)到接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，控制臺(tái)觸點(diǎn)及直流線圈燒損故障頻繁。

3.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻箱調(diào)速，各機(jī)構(gòu)機(jī)械沖擊及磨損大，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻箱發(fā)熱或老化易燒損，電能運(yùn)用效率低且浪費(fèi)大。

4.安全方面可靠性較差，時(shí)有主閘刀明火燒損現(xiàn)象。

要解決上述控制系統(tǒng)中所存在的缺點(diǎn)和問題，只有改變現(xiàn)有的控制方式。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了電氣傳動(dòng)和PLC控制領(lǐng)域的發(fā)展。為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)控制系統(tǒng)提供了有利條件。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到了較大提高，可以解決現(xiàn)有橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)控制系統(tǒng)中存在的許多普遍問題。

三、硬件基本結(jié)構(gòu)

1.系統(tǒng)硬件控制方面采用一套西門子S7-200系統(tǒng)PLC控制器、主令操作臺(tái)進(jìn)行控制，克服了原控制系統(tǒng)中繞線式異步電機(jī)切電阻易燒損和斷裂等故障，造成電機(jī)觸頭燒損，電刷冒火影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和安全，及其調(diào)速方式機(jī)械特性較差的缺點(diǎn)。在調(diào)速方面采用西門子MM440變頻器驅(qū)動(dòng)大車、小車、旋轉(zhuǎn)和主鉤電動(dòng)機(jī)，變頻器和PLC之間進(jìn)行RS-485通信，并配置相應(yīng)的制動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能耗消耗，以保護(hù)電器元件。起重機(jī)操作人員可通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)，用程序控制取代繼電器-接觸器控制，以梯形圖語言為編程工具，執(zhí)行PLC預(yù)先編寫的程序指令，通過主令控制臺(tái)完成變頻器正反轉(zhuǎn)和調(diào)速切換等。

2.PLC選型根據(jù)橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的電控制系統(tǒng)的傳動(dòng)要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，由于橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)涉及較多的I/O端口，其控制過程相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)，具有24點(diǎn)DC輸入/16點(diǎn)DC輸出點(diǎn)。在橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)控制系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)比較多，因此除了PLC主機(jī)自帶的I/O外，還需擴(kuò)展一定數(shù)量的I/O擴(kuò)展模塊。在此采用EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，16點(diǎn)DC輸入/16點(diǎn)DC輸出型，如圖1所示控制系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的要求。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.各機(jī)構(gòu)梯形圖控制。橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)控制系統(tǒng)由四個(gè)基本獨(dú)立的機(jī)構(gòu)組成：大車控制系統(tǒng)、小車控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和主鉤控制系統(tǒng)。用交流變頻調(diào)速技術(shù)取代繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻箱的調(diào)速方式。整個(gè)系統(tǒng)有5臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)。由于大車同步運(yùn)行，因此兩臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)共用1臺(tái)變頻器控制。小車、旋轉(zhuǎn)和主鉤電動(dòng)機(jī)分別由3臺(tái)變頻器單獨(dú)控制。

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程全部在人工控制下運(yùn)行，每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行，具體PLC梯形圖程序如圖2所示。

2.主鉤防溜鉤設(shè)計(jì)。在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開之后的瞬間，發(fā)生重物下墜的現(xiàn)象稱為溜鉤。檢測(cè)變頻器的反饋值，主要是為了防止溜鉤的發(fā)生，出現(xiàn)溜鉤是因?yàn)殡姶胖苿?dòng)器在通電到斷電或者斷電到通電是需要時(shí)間的，大約為0.6S，如果變頻器較早停止輸出，將很容易出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)主要分兩種情況，其控制方法也分為以下兩種。一種是重物懸空停止過程，設(shè)定一個(gè)停止頻率，當(dāng)變頻器的工作頻率下降至該頻率時(shí)，變頻器輸出一個(gè)頻率達(dá)到設(shè)定頻率，延遲1S到2S的時(shí)間，發(fā)出停止電磁制動(dòng)器運(yùn)行的指令，該時(shí)間應(yīng)略大于電磁制動(dòng)器完全抱住重物所需時(shí)間，使得電磁制動(dòng)器抱住重物，最后變頻器將工作頻率降低到0。另一種是重物懸空升高啟動(dòng)，設(shè)定一個(gè)上升啟動(dòng)頻率，當(dāng)變頻器工作頻率上升至該頻率時(shí)，變頻器輸出一個(gè)頻率到達(dá)的信號(hào)，然后延遲1S到2S的時(shí)間，發(fā)出啟動(dòng)電磁制動(dòng)器運(yùn)行的指令，該時(shí)間應(yīng)略大于電磁制動(dòng)器完全松開重物所需時(shí)間，使得電磁制動(dòng)器松開重物，變頻器工作頻率升高所需頻率。具體升降懸停/啟動(dòng)控制梯形圖程序如圖3所示。

四、結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于棒線廠原料跨電磁橋式起重機(jī)PLC的設(shè)計(jì)是切實(shí)可行的。PLC控制變頻技術(shù)應(yīng)用到橋式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)中，通過控制臺(tái)控制各變頻電機(jī)的速度和制動(dòng)都可以從實(shí)際運(yùn)行中設(shè)定，而且十分快捷。從運(yùn)行效果來看，設(shè)備的故障率大幅下降，變頻電動(dòng)機(jī)燒損明顯減少，同時(shí)減少對(duì)車間一號(hào)高配電網(wǎng)的沖擊。更重要的是在設(shè)備檢修時(shí)，給檢修人員分析、判斷和排除電氣故障提供了方便，而且檢修排查故障的效率明顯提高，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用設(shè)備維護(hù)量減少，提高了起重機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)間。此外由于不使用電阻箱啟動(dòng)調(diào)速，也對(duì)節(jié)能降耗起到了積極的作用。

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