PLC在橋式旋轉起重機中的應用

李海

摘要：PLC系統由西門子PLC、MM440變頻器部分組成，調速方式采用變頻調速。其中軟件部分是在對硬件系統進行方案論證的基礎上，用軟件工程的方法設計了系統的總體要求，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進行變頻器和PLC之間的通信，并進行了詳細設計和編程實現，最終達到該系統穩定、可靠的控制性能。

關鍵詞：橋式旋轉起重機;西門子PLC;MM440變頻器;RS-485通信

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

一、前言

變頻器和PLC在橋式起重機控制中的應用是一種隨著科學技術的發展應運而生的，是適應現代工業生產規模的擴大和自動化水平提高的電氣控制系統。

二、設計意義

我車間使用的橋式旋轉起重機的主控系統主要采用YZR系列電機串電阻箱的方法進行低速啟動和高速負載，主令控制臺到接觸器控制，這種控制系統的主要缺點有：

1.基于橋式旋轉起重機環境惡劣，任務繁重。直流接觸器控制電動機正反轉時，換擋換向沖擊大，易造成繞線式異步電機繞組燒損和電阻箱斷裂故障時有發生。

2.主令控制臺到接觸器控制系統可靠性差，控制臺觸點及直流線圈燒損故障頻繁。

3.電動機轉子串電阻箱調速，各機構機械沖擊及磨損大，負載變化時轉速也變化，調速不理想。所串電阻箱發熱或老化易燒損，電能運用效率低且浪費大。

4.安全方面可靠性較差，時有主閘刀明火燒損現象。

要解決上述控制系統中所存在的缺點和問題，只有改變現有的控制方式。近年來，計算機技術和變頻技術的迅猛發展，同時也帶動了電氣傳動和PLC控制領域的發展。為PLC控制的變頻調速技術在橋式旋轉起重機控制系統提供了有利條件。變頻技術的運用使得起重機的整體特性得到了較大提高，可以解決現有橋式旋轉起重機控制系統中存在的許多普遍問題。

三、硬件基本結構

1.系統硬件控制方面采用一套西門子S7-200系統PLC控制器、主令操作臺進行控制，克服了原控制系統中繞線式異步電機切電阻易燒損和斷裂等故障，造成電機觸頭燒損，電刷冒火影響現場生產和安全，及其調速方式機械特性較差的缺點。在調速方面采用西門子MM440變頻器驅動大車、小車、旋轉和主鉤電動機，變頻器和PLC之間進行RS-485通信，并配置相應的制動單元，實現制動能耗消耗，以保護電器元件。起重機操作人員可通過聯動臺，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，執行PLC預先編寫的程序指令，通過主令控制臺完成變頻器正反轉和調速切換等。

2.PLC選型根據橋式旋轉起重機的電控制系統的傳動要求，從經濟性、可靠性等方面來考慮，由于橋式旋轉起重機電氣控制系統涉及較多的I/O端口，其控制過程相對簡單，因此采用CPU226作為該控制系統的主機，具有24點DC輸入/16點DC輸出點。在橋式旋轉起重機控制系統中使用的數字量輸入點比較多，因此除了PLC主機自帶的I/O外，還需擴展一定數量的I/O擴展模塊。在此采用EM223輸入/輸出混合擴展模塊，16點DC輸入/16點DC輸出型，如圖1所示控制系統輸入輸出點的要求。

四、軟件系統設計

1.各機構梯形圖控制。橋式旋轉起重機控制系統由四個基本獨立的機構組成：大車控制系統、小車控制系統、旋轉控制系統和主鉤控制系統。用交流變頻調速技術取代繞線式異步電機轉子回路串電阻箱的調速方式。整個系統有5臺變頻調速電機。由于大車同步運行，因此兩臺變頻調速電機共用1臺變頻器控制。小車、旋轉和主鉤電動機分別由3臺變頻器單獨控制。

根據系統的控制要求，控制過程全部在人工控制下運行，每個設備可單獨運行，也可同時運行，具體PLC梯形圖程序如圖2所示。

2.主鉤防溜鉤設計。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，發生重物下墜的現象稱為溜鉤。檢測變頻器的反饋值，主要是為了防止溜鉤的發生，出現溜鉤是因為電磁制動器在通電到斷電或者斷電到通電是需要時間的，大約為0.6S，如果變頻器較早停止輸出，將很容易出現溜鉤現象。溜鉤現象的出現主要分兩種情況，其控制方法也分為以下兩種。一種是重物懸空停止過程，設定一個停止頻率，當變頻器的工作頻率下降至該頻率時，變頻器輸出一個頻率達到設定頻率，延遲1S到2S的時間，發出停止電磁制動器運行的指令，該時間應略大于電磁制動器完全抱住重物所需時間，使得電磁制動器抱住重物，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，設定一個上升啟動頻率，當變頻器工作頻率上升至該頻率時，變頻器輸出一個頻率到達的信號，然后延遲1S到2S的時間，發出啟動電磁制動器運行的指令，該時間應略大于電磁制動器完全松開重物所需時間，使得電磁制動器松開重物，變頻器工作頻率升高所需頻率。具體升降懸停/啟動控制梯形圖程序如圖3所示。

四、結束語

綜上所述，對于棒線廠原料跨電磁橋式起重機PLC的設計是切實可行的。PLC控制變頻技術應用到橋式旋轉起重機中，通過控制臺控制各變頻電機的速度和制動都可以從實際運行中設定，而且十分快捷。從運行效果來看，設備的故障率大幅下降，變頻電動機燒損明顯減少，同時減少對車間一號高配電網的沖擊。更重要的是在設備檢修時，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，同時現場使用設備維護量減少，提高了起重機的長周期運行時間。此外由于不使用電阻箱啟動調速，也對節能降耗起到了積極的作用。

參考文獻：

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