淺談PLC控制系統(tǒng)和變頻器在大型起重機中的技術應用

淺談PLC控制系統(tǒng)和變頻器在大型起重機中的技術應用

吳亢（浙江省質量技術監(jiān)督局，浙江杭州310013）

介紹了大型起重機控制系統(tǒng)的原理及結構形式，闡述了變頻器和PLC控制技術及其應用，分析了變頻器和PLC控制技術應用于大型起重機的可行性。在大型起重機的實際使用過程中，控制系統(tǒng)是影響起重機性能的關鍵因素，決定著起重機的運行質量和工作效率。通過對大型起重機控制系統(tǒng)的需求分析，結合多年來起重機械電氣系統(tǒng)檢驗經驗，并參照相關技術規(guī)范的要求，研究了變頻器和PLC應用于大型起重機的控制策略。結合變頻技術和PLC的控制原理，設計了變頻器和PLC應用于大型起重機控制系統(tǒng)的方案與具體措施。

變頻器；PLC；起重機；控制

在我國，起重機械屬于機電類特種設備，是八大類特種設備中使用最廣泛的一個種類。在起重機械領域，大型起重機的在用設備數量、年新增設備數量以及增長率都是最低的，但其經濟價值及其所創(chuàng)造的經濟效益卻是最大的。大型起重機多用于港口碼頭、物流運輸及電力工程建設等領域，起重機的繁忙程度較高，作業(yè)環(huán)境較惡劣，且作業(yè)效率及作業(yè)質量要求較高。根據上述工況及需求來看，大型起重機需要一套控制精度高、可靠程度強、使用維護成本低的控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)意義的采用接觸器、繼電器作為控制元件的控制系統(tǒng)工作頻率較低、可靠性較差、能耗較高，已不能滿足大型起重機的需求。近年來，應用變頻器和PLC作為控制元件的控制系統(tǒng)已經在高端裝備中使用，并以其起動制動平穩(wěn)、調速范圍寬、節(jié)能優(yōu)勢明顯等特點成為了前景廣闊的控制系統(tǒng)，也成為了大型起重機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

1　變頻器和PLC簡介

PLC即是可編程序控制器，由電源、CPU、輸入輸出等部分組成。它循環(huán)執(zhí)行：采樣輸入信號～執(zhí)行用戶程序～控制輸出，對外部設備進行自動控制，在自動化領域有廣泛應用，它可以用于控制變頻器。PLC有豐富的指令，如邏輯運算、移位、數學運算等，是一種智能化控制系統(tǒng)。

變頻器只是一種控制元件，它能把工頻（50HZ）變?yōu)槠渌l率，用于控制電動機的轉速。變頻器使用前要設定一些參數，如輸出頻率、工作模式、電流電壓保護參數等，但不需要、亦無法進行編程。它的輸出頻率可以設為固定值，也可以由PLC動態(tài)控制。

2　大型起重機用變頻器和PLC技術分析

通用變頻器一般采用電壓～頻率協調控制，但這種控制會導致電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，從而造成勵磁不足，進而使電機不能獲得足夠的旋轉力。在大型起重機的控制中，為了彌補這個不足，變頻器需要通過提高電壓來補償電機速度降低而引起的電壓降，即變頻器的轉矩提升功能，但是使用了轉矩提升功能的變頻器在低頻時轉矩常低于額定轉矩，在5Hz以下不能滿載工作。而在起重機使用過程中，特別是起升機構，在低速時對轉矩卻又有嚴格要求，否則會出現重物下滑、溜鉤等情況，影響正常的生產作業(yè)，嚴重時會導致事故發(fā)生。因此起重機用變頻器需要采用矢量控制的方式，通過對電機端電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。這種功能對起升機構溜鉤及低速性能有明顯改善，對改善電機低速時溫升也有效，完全適用于大型起重機。相比于通用變頻器，起重機用變頻器應具有較強的過載能力、穩(wěn)定精確的抱閘控制以及可以在高溫等惡劣的環(huán)境中工作。

PLC技術具有可靠性高，抗干擾能力強的特點，但是應用于大型起重機的控制系統(tǒng)中，畢竟是將硬件電路轉化為了軟件程序。一旦在執(zhí)行中程序出現異常，則會導致意外發(fā)生，尤其是某些涉及安全的功能。起重機械的相關標準對此作出了規(guī)定，要求起重機的急停功能以及安全保護的聯鎖信號應由硬件線路實現，而不依賴于PLC。因此，將PLC應用于大型起重機控制系統(tǒng)中，需要在這些關鍵控制點采用軟硬件的雙重互鎖設計，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3　變頻器和PLC應用于大型起重機控制系統(tǒng)的方案

通過對大型起重機作業(yè)需求的分析，可知若要實現對大型起重機的控制，PLC必須接受操作信號并進行綜合處理，并控制變頻器輸出信號，從而控制電機工作。對于起升機構來說，不但要求較高的轉速及起制動的平穩(wěn)程度，而且對轉矩的控制有比較嚴格的要求。具體的控制方案采用兩個變頻器分別控制兩臺起升電機，控制方式采用矢量控制方式，PLC接受電機的旋轉編碼器經數模轉換卡送達的反饋信號，避免吊鉤的下滑。由于運行機構的使用頻率不高，運行機構可采用一個變頻器控制兩臺電機，在調速控制中，運行機構共用由一套系統(tǒng)來控制，從而實現運行機構同步的要求。

4　結語

大型起重機是物流運輸和工業(yè)安裝中不可或缺的工具，其運行時質量和作業(yè)的效率非常重要。大型起重機的起動、制動以及起吊貨物時的平穩(wěn)程度決定了其作業(yè)質量，而變頻器和PLC技術可以從容地控制起重機達到平穩(wěn)運行的目的，因此將變頻器和PLC技術應用于大型起重機的控制系統(tǒng)，可以有效地提高大型起重機的作業(yè)質量和作業(yè)效率。而且，變頻技術可以使大型起重機的能耗明顯下降，具有更好的環(huán)保效益和社會經濟效益，是大型起重機的發(fā)展應用趨勢。

［1］王建華，高海生.矩陣變頻器研究綜述［J］.科技廣場，2006 （2）.

［2］李志偉.淺議變頻調速技術的應用［J］.科技致富向導，2010，（15）.

［3］張玉之.變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用［J］.中國設備工程，2009（10）.