電氣自動化技術在起重機中的應用研究

摘 要 起重機作為物料搬運系統中一種典型設備，在企業生產活動中應用廣泛作用顯著，故對于提高其運行效率，確保運行安全，降低物料搬運成本是十分重要。本文主要從起重機涉及的PLC硬件、網絡關系、變頻器容量選擇、上位操作等幾個方面進行了簡要闡述和分析。

關鍵詞 電氣；起重機；變頻器；應用；自動化

1 概述

傳統的起重機主要采用繼電器接觸器進行控制，采用交流繞線串電阻的方法進行啟動和調速，這種控制系統存在可靠性差，故障率高，效率低等缺點。因此根據起重機的運行特點，將現代電氣自動化技術引入到起重機控制系統中，以達到提高起重機操作精度、穩定性和安全性的目[1]。

2 電氣自動化技術的實際應用

2.1 各種電氣檢測元件的應用

起重機對穩定性和安全要求十分嚴格，這就對電氣元件提出更高的要求，不但要求電氣元件動作準確、靈敏可靠，更要有狀態自檢報警功能。現場部分電氣元件具有人機交互界面，技術人員可以通過操作界面對電氣元件的參數進行手動設置，并可以讀取歷史數據、查看當前工作狀態等。電氣檢測元件具有通信接口，支持標準的電氣通信協議，能將檢測的電壓或電流信號傳遞到上一級控制系統或是顯示儀表。

2.2 變頻器、電機保護器的應用

起重機上安裝著各種電機等耗電設施，其設備用電需要相當巨大，大功率電機的頻繁啟動會對整個工廠的供配電網絡造成一定的影響，使電網的電壓產生波動，而變頻器類電力設備的應用可有效減小大型電機啟動時對電網產生的影響，而變頻器的使用更可以有效節約電力能源，優化電機性能和使用壽命，為企業節約運營成本和減小備件消耗。電機保護器是現在普遍應用的電機保護設備，即不僅電氣元件的基本電氣保護功能，還具有可編程邏輯控制器的許多功能。一般電機保護器都具有現場控制面板和運行指示燈，控制面板可實時顯示當前電機運行狀態，如電機非正常停機，維護人員可以通過控制面板查看電機故障信息、調取運行趨勢畫面。同時電機保護器還具有通信接口，可以同企業的PLC系統進行通訊，并可集成到企業現場自動化控制系統之中[2]。

3 系統分析

3.1 系統控制的基本要求

對起重機變頻調速控制系統的基本要求：主、副機構升降速度調節；運行機構運行速度調節；控制系統應由PLC、繼電器、操作臺各主令控制器、開關、按鈕、指示燈及各部位限位開關等組成。

3.2 PLC硬件選擇

起重機的自動化控制系統采用工作穩定的西門子S7-300-PLC及其配套的IM153-2遠程站系列的數字量/模擬量及數據通信模塊，S7-300系列是西門子公司中型可編程序控制器，可以單機運行，由于它具有多種功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，可以很容易地組成PLC網絡。

在基礎自動化控制系統中，采用了大量的IM153用于主操作室內操作臺、部分機旁操作臺箱、PLC遠程I/O柜，這些IM153通過Profibus-DP網與PLC相連，這樣大大減少了現場I/O接線，提供了系統的可靠性，同時也降低了企業的投資成本。

S7-300 PLC輔助以CP343專用的穩定高速的以太網通訊卡，使各個工段的PLC系統可以進行快速的數據交換，各個PLC室均有穩壓UPS進行供電，以保護突發情況下PLC的供電能保持穩定。

工程機配件配制有：HP操作員站，D-Link快速以太網交換機。

3.3 變頻器選擇

根據起重機電機驅動的特性和技術要求，起重機選擇西門子6SE70型變頻器，該變頻器帶測速反饋單元，作為主、副起升機構的電機驅動電氣設備，6SE70型變頻器標準矢量型變頻器作為大、小行車行走機構的電機驅動器，完全滿足行走機構的需求，6SE70型變頻器通過簡便的接線和參數設置，便可以進行應用，借助其兼容性強的特點能作為控制系統的一部分和PLC進行信號交互，6SE70型變頻器標準矢量型變頻器的內部保護功能同時為變頻器和變頻器驅動的電動機提供了良好的保護，同時也延長了設備的壽命降低了備品消耗。

3.4 輔件的選擇

（1）斷路器：為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應為電機額定電流的1.3～1.4倍，整定值為斷路器額定值的3～4倍；

（2）接觸器：接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用；

（3）交流電抗器：在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害；

（4）制動單元：為減小大慣性系統的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題；

（5）制動電阻器：借助制動電阻單元，消耗電機發電制動狀態下從動能轉換來的能量[3]。

4 上位操作

起重機使用西門子WINCC工業級監控軟件作為人機交互監控軟件，上位操作員可以通過西門子WINCC軟件監控起重機的運行狀態及檢測儀表的實時參數，并對包括生產線的各種高低壓傳動設備、過程檢測儀表、電氣閥門進行控制，西門子WINCC軟件可以實時顯示生產線的各個檢測點的重要狀態信息。

WINCC軟件能夠對采集到的數據進行各種統計分析，包括實時數據對比分析。數據分析結果可以通過數據表、曲線圖等方式顯示，也可以將多參數一起進行歷史數據分析，系統能夠根據歷史數據形成報表。

5 結束語

采用變頻器實現起重機電機的調速運行，結合PLC的強大功能以及基于組態軟件所開發出來的良好人機界面和通信能力，而且隨著電氣自動技術不斷的進步的發展，使得起重機的機械動作和設備運行變得更加智能、有序、安全可控。

參考文獻

[1] 鄭夕健，于揚，張國忠.基于PLC的塔式起重機安全監控系統設計[J].機電產品開發與創新，2007，（05）：143-144，147.

[2] 周彩珍.基于PLC的起重機變頻調速系統[J].機電工程，2007， （02）：77-78.

[3] 劉小慶，范勤.基于PLC控制的變頻調速在橋式起重機中的應用[J].機械，2004，（08）：15-16，19.

作者簡介

張國宏（1982-），男，吉林省通化市人；學歷：本科，助理工程師，研究方向：現場起重機設備的調試與維護。