PLC與變頻器在橋式起重機控制系統改造中的應用

吳炳章

福建省特種設備檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000

PLC與變頻器在橋式起重機控制系統改造中的應用

吳炳章

福建省特種設備檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000

橋式起重機在生活中應用非常廣泛，它主要是將物體進行移動，在空間進行轉運，它的順利操作大大提高了工作效率。隨著現代科技的不斷進步，變頻器技術得到了快速發展，在實際的操作中廣泛應用。在起重機控制系統運行中，將變頻器進行驅動，變頻器會控制發電機，帶來的電流沖擊力非常小，運行速度比較平衡，升降或者轉移方向定位非常精準，提高設備工作質量和工作效率。本文主要闡述了變頻器技術在施工中的應用以及PLC和變頻器技術在工作中的進一步改造，分析了變頻器技術的控制構造，采用這種技術對起重機控制有哪些使用效益。

PLC控制技術；變頻器；橋式起重機；應用

1 系統控制要求及設計

1.1 橋式起重機介紹及系統控制要求

橋式起重機主要是將物體在空間內進行轉移或者使物體升降以滿足工程施工需要，它的內部運行結構主要是主起升和副起升運行設備以及運行機構。橋式起重機的運行機構由大車運行機構和小車運行機構兩部分組成，大車的運行機構主要控制前后運動方向，小車的運行機構主要是控制左右運行方向，依據運行的速度可以使用四個檔，在運行的過程中加速時間或者減速時間控制在三到六秒內。一般情況下，小車的運行機構只需要1臺電動機就可以進行操作任務，但是大車的運行機構就需要2臺到4臺電動機才可以進行操作任務。大車運行和小車運行時發出的慣性非常大，可能在操作中出現發電機在發電時產生電壓，所以在它們運行時需要配置制動電阻來控制能量，或者配置制動控制單元來達到控制能量的目的。

1.2 設計要求

起重機控制系統在設計中加入了PLC控制技術，起重機的運行機構需要采用變頻器進行調速，在調速時不斷的接收PLC發出的控制信息。在實際的操作中，會出現諧波污染問題，為了減少這種情況，需要在每一個運行中的變頻器安裝電抗器，這樣就可以解決諧波問題，也控制了電流峰值，同時很好地保護了整流二極管的使用，增加了二極管的使用年限。在電源的輸入端口要安裝斷路器，以解決變頻器出現短路現象。

1.3 改造后控制系統基本情況

將起重機的調試系統進一步改造后，運行結構主要是PLC控制系統也稱下位機系統、工業觸摸屏系統也稱上位機系統、變頻器調速系統。下面對一些控制機構進一步介紹。

1.3.1 起升機構

起升機構在實際的運用中也叫負載機構，它的主起升機構和副起升機構中的兩臺發電機需要各自使用一個變頻器進行操作。變頻器的使用需要選擇以額定電流為標準的變頻器，通常情況下選擇以發電機的固定電流、電動機的負載率或者是變頻器的運行速度等為依據來選擇。另外，起升機構需要采用PG的控制方式進行運行控制，PLC會自動接收發電機的編碼器傳達的信息，這樣就不會出現吊鉤下滑現象。

1.3.2 運行機構

起重機的控制系統中，它的主升機構和副升機構中的兩臺發電機可以同時使用一個變頻器。在實際的操作中，起重機的運行機構使用的比較少，為了降低成本，在進行調速控制中，可以同時使用一臺變頻器，這時的變頻器選擇，應該以發電機的定額功率為依據進行選擇，一般是選擇定額功率偏大一些的，在運行中更能發揮效果。

2 PLC與變頻器的通訊設計

使用變頻器對起重機運行狀態進行調速，因此，控制系統的改造實際是對其變頻器的進一步控制，PLC技術支持多個通信信息或者協議，包括企業專用協議和通用協議兩個方面。操作中用工業觸摸屏控制系統對起重機進行調速，通過MPI接口卡與PLC進行連接，形成很小的MPI網點，然后通過S7-200將數據信息傳輸到人機界面，數據的傳遞速度為188KB∕S。

2.1 上位機與PLC之間的通信設計

在系統的硬件設計上，上位機與PLC需要連接，同時對PLC進行集中控制和監控管理。在軟件設計上，上位機與PLC之間通過數據變量進行交換，達到交換通信信息的目的。

2.2 采用USS協議指令的編程順序

在控制系統中，通過采用USS-INIT來轉換或者改變USS通訊信息及數據參數，USS-INIT協議用在用戶程序中，它可以自動的把隱藏的一些子程序編制在程序內，形成激活的變頻器，這些都可以自動的在后臺軟件上進行分區控制，以避免變頻器并聯發生故障。

通過上述的方法分析，控制系統在改造以后就會很好的控制網帶的運行速度，隨時看到變頻器的運行狀態。

3 PLC控制系統中各個模塊在改造中應用

橋式起重機的控制系統在進行改造以后，PLC技術的主要任務是接收按鈕開關發出的信號并且輸入，分析當時的系統運行狀態，然后輸出有關信息，最后控制繼電器或者接觸器等，完成系統任務。PLC技術在設計中采用以下幾個方式進行軟件設計。

3.1 按鈕處理模塊的應用

按鈕處理主要是對發電機進行控制或者是對電磁閥的運行和

▲▲停止進行控制。

3.2 通訊模塊的應用

PLC的控制系統主要是PLC技術對變頻器進行運行控制并且對發電機的運行完成控制，所以，通訊模塊的應用主要是接收控制器發出的指令或者是按鈕開關發出的控制信號，然后將這些指令或者信號在CPU處理器中進行計算和分析，最后將程序計算的結果輸送給變頻器或者其他運行設備，完成運行任務。

3.3 PID控制模塊的應用

起重機的起升結構的運行速度控制在實際的操作中非常重要，系統運行時需要通過旋轉式編碼器對發電機的速度進行檢測，通過轉換卡進行轉換為數字信息輸送給變頻器，此時的運行速度和原來設定的速度通過比較，然后采用PID控制計算法進行運算，完成任務。所以說，系統中的起升運行機構的控制是由PID控制算法結合PID控制模塊共同完成的。

3.4 故障報警模塊的應用

在實際的操作過程中總會出現運行故障，為了可以及時看到故障信號，在控制中要有故障報警模塊，以及時發現故障產生的原因并解決和排除故障，保障系統的安全順利運行。因此，在PLC系統的設計中，需要將傳感器發出的信息進行檢測，此時的變頻器是否出現故障或者是否超重都會顯示出來，這時，應該直接停止設備，開啟蜂鳴器發出報警信號。如果是在工廠里進行，工廠的噪音如果很大，需要延長報警時間，如果報警信號持續一定時間就認為是有故障出現的，應該及時進行故障修理。故障報警模塊是采用動態的畫面元素技術與PLC技術進行對接，因此，不需要進行編程。

4 效果分析

通過實際的操作和應用，改造后的控制系統在工作性能上有了很大的提高，對起重機的安全使用，運行的可靠性進一步有了保障，提升工作質量，對能源的消耗情況有了明顯的降低，檢修費用大大減少，節約成本，減少員工工作量，滿足了工程需要。

首先是工業觸摸屏系統在操作中顯示了整個機器設備的運行情況，對故障也能及時的反映出來，大大提高了工作人員的工作效率；其次是PLC控制系統通過PLC技術來控制電機設備的啟動運行和停止，進一步實現了運行速度的轉換以及數值信息的傳輸。最后是使用變頻器對起重機的運行速度進行控制，調速運行的范圍比較寬，充分發揮電機設備性能。體統的設計有主副起升、大車小車運行機構以及四個檔位，這些都大大方便了工作人員的工作。

5 總結

對橋式起重機控制系統進一步改造以后，采用PLC和變頻器技術在實際的工作中應用效益非常大，提升了整個機器設備的性能，使起重機對物體的升降或者轉移以及方向定位等起了很大的作用，同時減少了設備啟動時受電流的強大沖擊，起到了很好的控制效果。在操作中，使用先進的變頻器調速系統同時結合PLC控制技術，有效地控制了電機遠程運行狀態、運行速度，技術操作人員只需在控制室里就可以完成對電機的加速度、減速度、升起或下降等方面的控制調節，大大簡化了工作程序，同時對變頻器出現的故障也能很快的監測到并及時處理故障，信號的傳達也可以在人機界面上清楚的顯示出來，大大提升了工作效率。

[1]陳柏林 電力拖動自動控制系統[M].上海工業大學出版社，2014(12).

[2]李媛春 PLC系統設計基礎與開發技巧[M].機械工業出版社，2014(23).