PLC和變頻技術在交流橋式起重機控制中的應用

孫世順　白雪松

摘? 要：橋式起重機簡稱天車，是冶金企業生產的重要設備之一。為了滿足冶金企業快節奏的生產流程需要，橋式起重機也得到了創新發展，尤其是PLC和變頻技術在橋式起重機應用后，實現了精準提速，推動了冶金企業的發展。對于冶金企業相關技術人員來說，為了更好地發揮PLC和變頻器技術在橋式起重機中的作用，需要對相關技術進行深入了解。基于此，本文對PLC和變頻技術在交流橋式起重機控制中的應用進行研究，僅供參考。

關鍵詞：冶金企業;起重機;PLC和變頻技術;應用

引言

隨著智能控制技術、電力電子技術以及變頻技術的不斷發展，冶金企業生產過程中所應用的起重機也得到了長足進步。以PLC控制器為核心，利用變頻技術、智能儀表技術實現起重機四象限運行，速度控制精確、可靠，可通過HMI人機界面直觀監測起重機運行狀態以及運行行程，有較完備的故障監測及顯示系統。冶金企業中起重機的主要動作有正向提升、正向下放、反向提升、反向下放四個，即往復運動。以PLC控制器+變頻器的模式，對起重機的運動進行控制，達到平滑調速、提高調速精度，提升冶金企業產線生產節奏。

1、PLC控制系統相關概述

在冶金企業中，為滿足起重系統的控制要求，設計了基于PLC的起重機控制系統。系統主要由電源、PLC、監測控制系統、操作控制單元、變頻器、電動機、旋轉編碼器、減速器和卷筒等9個部分組成。電源部分為PLC及變頻器、電動機等系統主要組成部分提供電壓，操作人員通過控制操作控制單元按鈕完成PLC控制系統命令下發，并通過Modbus通信協議完成與變頻器的控制及通信，并由變頻器實現對電機的控制，電機的輸出端經過減速器與卷筒進行連接，以實現貨物提升功能。在電機運行過程中，旋轉編碼器監測電機轉速，變頻器通過通信線將當前電壓、電流信息傳輸給PLC，與此同時通過監測控制系統可以實現對貨物重量、貨物提升位置、系統電壓和繩索的狀態等多個狀態檢測，避免卷線和松動的發生。

2、變頻技術相關概述

變頻技術主要是將冶金企業設備運行需要的交流電轉換成直流電，再將直流電進一步轉化成不同頻率的交流電或者直流電來逆轉換成多種頻率的交流電，這是一種全新的技術手段，也是需要不斷探索完善的技術。除此之外，在轉換過程中不會產生電能的變化，反而只存在電流頻率的變化。這種變頻技術就可以很好的滿足交流電電機實現無級變速的要求，同時還會實現對電機控制器的敏感監測，可以有效的達到控制電流頻率的效果，真正做到了功率變化隨產量改變的目標，這也能進一步實現節能的目的。

對于變頻技術原理來說，主要是冶金企業機電設備在運轉過程中實現不同功率的工作要求。因此，為了讓電機提供的功率和實際運輸所需要的功率達到一致，這就需要變頻技術來實現。在實際操作過程中，可以利用半導體元件來將交流電轉化為直流電，進而利用張力變送器將張力轉換成4-20mA的直流電，產生的電流會當做是模擬信號進而傳輸給張緊設備，同時還能進行自動放大或者補償電流模擬信號來實現對傳輸帶和繩阻之間的摩擦阻力偏差值校正，可以真正實現對頻率的控制和轉化。不僅如此，張力控制還有較強的敏感度，這個特點就可以幫助設備在極少的時間內實現對張力調節的反應，還能進一步保障張力控制的準確度和有效性。

3、PLC和變頻技術在交流橋式起重機控制中的應用

3.1 PLC和變頻技術在起重機中的應用

在冶金企業生產過程中，為了滿足各工序快節奏生產，起重機的應用是必不可少的，橋式起重機小車工作系統主要作用是利用吊鉤的水平位移來微調其它物體的運行速度和軌跡等參數，在其運行期間并非都是滿載的，其一般是滿載與空載交替運行，這種情況下，就可以應用變頻節能技術，針對起重機滿載/空載的不同情況，對功率進行調整，將該技術與智能化操作平臺結合在一起，這樣在滿載與空載情況下提供不同的功率，既可以有效的保證設備運行效率和質量，還能夠降低起重機運行期間消耗的電能，節約能源資源。

3.2 將凸輪控制器控制改造為主令控制器+PLC+接觸器控制

只需要采取一個三擋位的主令控制器與兩只升降控制按鈕作為操作器件，就可以達到用PLC及接觸器模擬凸輪控制器的工作。其電路優越性是：①保留原有的電阻器和控制方式不變，使操作者沒有不適應的感覺;②節省了控制器的控制觸點，降低了故障率;③使用接觸器配合實現遠距離控制，大大減少了觸頭的燒損;④可靠性高，且控制方便，勞動強度大大降低;⑤通過改造控制器，節省了PLC的輸入接口，提高可靠性和經濟性;⑥用PLC控制，大大提高電路控制的可靠性，且可縮短改造周期，維修方便;⑦利用主令控制器代替凸輪控制器控制，可以提高控制器的壽命，減少凸輪控制器來回轉動產生的磨損或機械卡死的故障。在設計時，為了節省PLC的輸入、輸出接點，提高PLC的經濟性，可對輸入、輸出接口的分配作適當的調整：①可把艙門、端梁及欄桿門安全保護的常開觸頭串聯在一起后接在端口，一樣達到控制要求;②可把過電流保護的各臺電動機的過電流繼電的常閉觸點串聯后接在輸出接觸器線圈的公共回路，實現控制功能;這樣不用占用PLC的輸入接點，從而可以大大節省PLC的輸入接點。值得注意的是：若將過電流繼電器作為輸入信號看待，把它接在輸入端口時，應接成常開觸點，便于理解原理圖;否則，若在PLC外部將其接成常閉觸點，那么梯形圖中就應該畫成常開觸點。電路的安全保護主要體現在電源的控制上：一是只有所有操作開關均位于零位才能接通系統電源，故設計時利用啟動按鈕與零位開關串聯作為條件驅動主控指令，使系統受控于電源啟動，達到總控制的作用;二是系統的所有極限安全位置開關、急停開關、艙門、端梁及欄桿門保護開關均與總電源串聯，實現總電源保護控制作用。由于系統要求所有門開關必須可靠閉合，系統才能通電工作，故門開關采用了常開觸點，確保人身安全。

結束語

綜上所述，在冶金企業中，PLC和變頻技術是各工序高效生產的關鍵技術之一，直接影響著起重機的運行效率和節奏，同時基于這一優點，PLC和變頻技術還在集控系統、采礦機等方面得到了較好應用。雖然目前起重機電設備中的變頻節能技術還沒完全普及，但是其低消耗、安全性的優勢可以促進冶金企業的發展，與生態的保護達到雙贏的結果。除此之外，將變頻節能技術和起重機結合到一起，還能有效的提高設備的穩定性和運行效率，延長設備的使用壽命，這也有利于降低對設備的保養和維修成本，促進冶金企業的長遠發展。

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