基于PLC與變頻器對橋式起重機電氣控制的技術(shù)改造

崔興艷 宮洵

[摘 要] 以某廠15/3T橋式起重機的提升機構(gòu)電氣控制系統(tǒng)改造為研究對象，針對其傳統(tǒng)控制存在故障率高、可靠性和安全性低的特點，在保持原有起重機中大車運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)不變的前提下，采用現(xiàn)代控制技術(shù)，即交流變頻調(diào)速和PLC，對該橋式起重機的提升機構(gòu)進行電氣改造，構(gòu)建了相應(yīng)技術(shù)改造方案并進行了具體項目的實施。

[關(guān) 鍵 詞] PLC與變頻器；橋式起重機；電氣控制；技術(shù)改造

[中圖分類號] TH215 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）09-0031-01

橋式起重機作為工廠中一種搬運物料的機械設(shè)備，其提升機構(gòu)工作的安全性和可靠性是保證物料在高空運輸?shù)那疤幔瑫r對地面設(shè)備和人員的安全也是至關(guān)重要。隨著設(shè)備使用年限的增加和繼電器-接觸器有觸點控制性能的下降，橋式起重機在物料搬運中出現(xiàn)故障的概率逐漸增加。經(jīng)過長期使用后，某廠15/3T橋式起重機出現(xiàn)限位失靈、設(shè)備噪音過大、設(shè)備顫動大、掛不上檔位、元件過熱燒壞、甚至出現(xiàn)飛車等故障現(xiàn)象，給設(shè)備和人員的安全帶來了嚴重的威脅。PLC作為現(xiàn)代工業(yè)控制的主流產(chǎn)品，存在著可靠性高、控制功能強大的特點，對電氣控制進行PLC改造是現(xiàn)實可行的。

完成橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的改造，包括：1.橋式起重機控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計；2.橋式起重機PLC和變頻器改造硬件設(shè)計；3.橋式起重機PLC控制電路程序設(shè)計編制出PLC改造的程序；4.PLC改造的程序進行程序調(diào)試完成安裝接線和調(diào)試運行。

一、橋式起重機控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

由于橋式起重機工作時具有頻繁起動和短時工作的特點，因此用PLC和變頻器對橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的進行改造，可以解決傳統(tǒng)控制的缺點。改造時把起重機操作面板上的各按鈕、限位開關(guān)等，作為PLC的輸入，把接觸器、繼電器和電磁鐵及指示燈等作為PLC的輸出，再通過變頻器可完成相關(guān)起重機的起動、運行、停止和調(diào)速控制。

二、橋式起重機PLC和變頻器改造硬件設(shè)計

（一）PLC的I/O資源配置

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對PLC的I/O進行配置，具體分配如下：

PLC輸入設(shè)備主要包括控制按鈕、限位開關(guān)，共有26個關(guān)開輸入量。

PLC輸出設(shè)備主要有各種接觸器、指示燈等，共有7個數(shù)字量輸出。

（二）PLC選型并設(shè)計橋式起重機控制系統(tǒng)的硬件接線圖

PLC選型時要根據(jù)其控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟性、可靠性和合理性等方面來綜合考慮，可選擇西門子S7-200系列CPU224 PLC作為橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的控制主機，選擇EM223作為控制系統(tǒng)擴展模塊，由于其主機具有14/10點輸入和輸出，擴展模塊帶有16點DC輸入/16點DC輸出，因此可以滿足控制系統(tǒng)輸入和輸出點的要求，并留有一定余量為后續(xù)擴展提供必備條件。

（三）其他資源配置

PLC和擴展模塊的核心器件選好后，還需要配置各種限位開關(guān)、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。

三、橋式起重機PLC控制電路程序設(shè)計

硬件設(shè)計完成后，就可以根據(jù)起重機的控制要求和I/O分配進行軟件設(shè)計即編程，編程采用功能流程圖的設(shè)計方法，需要先設(shè)計出控制系統(tǒng)的控制功能流程圖，然后根據(jù)具體的控制要求，逐步細化控制框圖，最后完成每個功能模塊的各環(huán)節(jié)設(shè)計，然后進行編譯、調(diào)試、修改過程。

根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求，控制過程可采用手動人工操作進行，每部分設(shè)備可單獨運行，也可同時運行。可以通過按鈕對大車、小車和起重機進行啟停控制，并且可以通過變頻器面板上的按鈕調(diào)節(jié)頻率來改變起重機各個方向運行的速度。

各工作過程是根據(jù)重物所處的位置，并按照PLC讀取的變頻器參數(shù)進行控制。

在軟件設(shè)計過程中，使用了很多軟器件如寄存器、中間繼電器、定時器等，為了便于編程及修改，把程序中所用到的軟器件如M和V等列出表格，實現(xiàn)中間環(huán)節(jié)的控制。程序設(shè)計采用先分成各模塊單獨設(shè)計，最后再匯總的方式。

四、橋式起重機調(diào)試及運行

（一）程序調(diào)試及運行

為了保證所接橋式起重機PLC改造后電氣控制板的制作質(zhì)量，在運行之前先對程序進行監(jiān)控調(diào)試，如果出現(xiàn)問題可反復修改，直到成功為止。如果未發(fā)現(xiàn)異常情況，可對電動機帶負載做通電實驗。

（二）整機安裝及調(diào)試運行

程序調(diào)試成功后，可對起重機的電氣控制進行整機安裝和調(diào)試，按照安裝布線的工藝要求進行元器件和布線。然后進行整機調(diào)試及運行，直到正常工作為止。

以上介紹了橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的改造過程，此控制系統(tǒng)采用了西門子公司的S7-200PLC作為核心控制設(shè)備，采用MM440作為變頻調(diào)速。經(jīng)過一段時間實際運行，改造后的橋式起重機故障率大大降低，提高了生產(chǎn)效率，實踐證明此次改造是現(xiàn)實可行的。

參考文獻：

[1]崔興艷.機床電氣設(shè)備及升級改造[M].機械工業(yè)出版社，2015-11.

[2]張玉湖.PLC與變頻器在橋式起重機電氣改造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（1）.