橋式起重機控制系統的自動化應用

杜晉雁

摘要：橋式起重機電控系統采用專用G7變頻器控制，可以輕松實現無級調速，速度控制范圍較寬，調速精度較高，速度響應時間快，啟動和低速運行時轉矩大，有專用卷揚的s參數設置，從而使卷揚電機在零速時，也能提供較大的額定轉矩輸出，防止卷揚機構產生溜鉤現象，提高了起重機使用中的安全I性。

關鍵詞：橋式起重機；控制系統；自動化

1工程概況

某軌道廠1#線百米區的2臺橋式起重機是25t+25t雙梁橋式起重機，擔負1#線生產的百米重軌的入垛及裝車工作，2臺吊車操控是遙控器操作方式，而且需要2臺吊車聯動工作。如采用傳統的交流繞線式異步電動機，轉子串電阻的方法進行起動和調速，繼電器一接觸器控制。則控制系統不能滿足快速、安全、高效的生產和工作需要，也實現不了2車聯動和遙控操作準確精準的工作。采用PLC控制的變頻調速技術對其拖動及控制系統可輕松完成。

2拖動系統基本情況

軌梁廠1#線百米橋式起重機電氣拖動有大車電機4臺，小車、卷揚電機各2臺。電動機為鼠籠異步電動機，制動方式為電磁機械制動及變頻器能耗制動。

3變頻調速設計基本思路

橋式起重機拖動系統由3個基本獨立的機構組成：大車拖動系統、小車拖動系統、卷揚拖動系統。交流變頻調速技術來實現各機構的調速方式。百米橋式起重機大車、小車、卷揚電動機都需要獨立運行，整個系統有8臺電動機。大車2臺電動機共用1臺變頻器控制，共2臺75kW變頻器控制，小車機構1臺變頻器控制2臺電機。卷揚2臺75kW電機分別由2臺110kW變頻器單獨控制。用西門子PLCS7-300來接收信號和發送控制信號的控制方式，完成系統邏輯控制部分的控制。電動機的正、反轉、調速等控制信號經遙控系統的接收機以硬接線的方式進入PLC，經處理后向變頻器發出起停、調速等信號，控制電動機工作。

3.1大車拖動系統

大車為雙梁結構，分別為4臺22kW電機，拖動整臺起重機順著車間做“橫向”運動。運行速度6m/min可調。調速比為1：6。拖動方案：采用普通籠型異步電動機驅動大車傳動機構。大車為4臺45kW電動機同時拖動，所以2臺電機共用1臺75kW功率的變頻器作為控制。采用U/f開環控制方式，采用的變頻器的容量PN應為1臺電動機容量PMN的2倍以上。

3.2小車拖動系統

小車由兩臺電動機拖動，單臺電機功率為8.5kW。小車拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動。速度3.5ndmin可調。調速比為1：4。拖動方案：也采用普通的籠型異步電動機，配11kW變頻器，采用U/f開環控制方式。

3.3卷揚拖動系統

卷揚采用2臺電動機連軸拖動。卷揚機構拖動重物做吊起或放下的“上下”運動。卷揚電機75kW起重20t，運行速度10m/min可調，調速比為1：10。拖動方案：卷揚機構用電動機要求較高，屬于位能變動性負載，系統要求具有良好的動態性能。故此電動機必需使用具有優越性、高性能的變頻專用電動機。電動機在選擇時比原功率適當提高，以獲得足夠的力矩值。2臺電動機分別配置變頻器，并裝有測速編碼器，采用帶PG卡速度反饋的閉環矢量控制方式。變頻后轉速可以分檔控制，采用5段速度運行，從低到高自由切換。

3.4電機制動方式

采取由變頻器外接的制動單元和制動電阻消耗掉的方式，并配有電磁機械制動方式。采取再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的辦法。由變頻調速系統的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和卷揚的速度迅速而準確地降到零，使它們停止。對于起重機，常常會有重物在半空中停留一段時間（如重物在半空中平移），而變頻調速系統雖然能使重物靜止，但因設備容易受到外界因素的干擾（如在平移過程中常易出現的瞬間斷電），因此，仍然必須利用電磁制動器進行機械制動。

4變頻器的選用

適用于起重機使用的變頻器有好多種。選用G7系列變頻器。此變頻器具有全磁通矢量控制，在低頻下也能提供150%額定轉矩的起動轉矩。有速度反饋環節，可作到零速控制（即使在零速下也有150%額定轉矩輸出）。該變頻器可以通過設定參數的存取級別來選擇其控制方式。通常有4種方式可選：無PGU/f開環控制方式、有PGU/f閉環控制方式、無PG開環矢量控制方式、有PG閉環矢量控制方式。大車、小車拖動機構由于其慣量較大，負載變化相對較小，基本上屬于阻力性負載，故采用無PG的U/f開環控制方式，不帶測速編碼器。卷揚提升機構由于負載變化較大，為了獲得快速的動態響應，實現對轉矩的快速調節。電機安裝有測速編碼器，采用有PG-B2速度控制閉環矢量控制方式，以獲得穩定的工作狀態和良好的機械特性。關于溜鉤的防止：本系統中由于G7系列變頻器具有的零速下的轉矩功能，故只需通過PLC和變頻器的適當配合即可圓滿解決溜鉤問題。橋式起重機的速度調節可利用變頻器的多級頻率選擇功能。G7系列變頻器可使用8個頻率指令和1個點動頻率指令，見圖1中的變頻器接線。

由此，最高可9段速。為了切換這些頻率指令，可在多功能輸入，設定多段速指令1～3和點動頻率來選擇。將端子1接通則電機正轉，端子2接通則反轉，將多段速指令1、2、3三對端子分別接通，或其中2對或3對同時接通，可得8種頻率，這個功能可以通過PLC程序控制相應的繼電器得電，完成速度的轉換，從而可方便地得到起重機所要求的正反2個方向各5種速度。電機加減速的時間可以通過變頻器的設定來進行改變。

5遙控器的選用

操作控制器采用的是格林“一拖二”遙控器，兩車聯動時，兩臺操作遙控器都選擇“聯動”模式，由其中一臺遙控器同時向安裝在兩車司機室內的接收機發出工作指令，接收機收到控制指令后，通過硬接線的方式將控制信號接人到PLC的輸入模板中，完成兩臺吊車的小車、卷揚的聯動。

結束語

采用變頻器及PLC對橋式起重機進行了改造。起重機控制系統比切換轉子電阻的交流接觸器、串聯電阻等電氣元件的控制方式，電氣控制線路大為簡化。起重機啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速，減少了負載波動，安全性大幅提高。采用PLC程序控制比復雜的接觸器、繼電器控制系統線路更優化，電路實現了無觸點化，故障率大大降低。采用變頻調速，機械特性硬，負載變化時各檔速度基本不變。輕載時也不會因操作不當而出現失控現象。

（作者單位：太原重工股份有限公司）