PCL與變頻器在橋式起重機電氣控制系統改造中的應用研究

劉正峰　張小可　姬予寧　甘歡慶

摘 要：在新時代背景下，越來越多的行業獲得了長足發展，越來越多的企業處于不斷革新中。橋式起重機的出現和應用，能夠幫助各個企業提高工作效率和水平。但是，橋式起重機的工作環境一般都比較惡劣，反轉、制動等各項操作十分頻繁，還有一定的調速范圍，具有傳統特點的計量控制和串電阻調速，已經出現了許多缺點，要科學改造生產機械。文章主要對PCL與變頻器在橋式起重機電梯控制系統改造中的運用，進行認真分析和研究，希望為相關工作人員提供參考與借鑒。

關鍵詞：PCL;變頻器;橋式起重機;電氣控制系統改造

中圖分類號：TM571.61;TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.017

在新時代背景下，大眾對自己的生活質量、產品質量等各方面都加強了關注，并且提出了更高的要求。電子技術、微電子技術應運而生，并且憑借自身強大的優勢與特點得到了廣泛應用。PCL控制技術與變頻調速技術，憑借自身可靠性高、運行平穩的特點在傳動領域中獲得了關注，并且受到了一致好評。基于此，文章主要對PCL與變頻器在橋式起重機電氣控制系統改造中的運用進行了深入探討。

1 橋式起重機控制要求

通過認真分析和深入研究橋式起重機的運行部分，發現支護主要包括三個方面，即大車運行機構、小車運行機構和升降機運行機構。大車運行機構能夠完成橋式起重機水平方向的前、后移動，主要使用兩臺電動機，因為大車運行的速度非常緩慢，變頻器的運行效率偏低。因此，兩臺電機使用一臺變頻器控制功率，按照電機功率確定。

小車運行機構完成橋式起重機水平方向的左、右運動，在正常情況下，都會選用一臺變頻器單獨驅動，想要確定變頻器的功率，還要由電機功率確定。

升降機運行機構主要完成重量較大貨物的升降運動，用一臺電機，選擇一臺專用變頻器驅動。

2 橋式起重機拖動系統的主要特點

橋式起重機拖動系統負載屬于恒轉矩性質范圍中，當起升機部分吊起貨物或者減速運行時，電動機處于再生發電制動狀態。通過反饋裝置將自身作用全部發揮出來，電能輸送給電腦或者消耗在制動電阻上，避免直流側的上升電壓，對最終效果產生影響。

起重機構提出了更高的要求，啟動運行要非常平穩。要有與之對應的方法策略，避免起升機構在啟動或者停止過程中出現溜鉤等問題，起重機構中還要有機動制動器存在。

3 PCL控制系統的主要特點

PCL還有一個非常響亮的名字，就是可編程控制器。其具有強大的功能，而且具有使用方便、簡單等優勢與特點，在工業自動化設備中扮演著重要角色，占據著關鍵位置，并且得到了廣泛應用，獲得了一致好評。

3.1 抗干擾能力強

通過對具有傳統特點的繼電器控制系統分析可知，其中運用了非常多的中間繼電器、時間繼電器，因為線路極其復雜，而且接點接觸不良的問題，增加了故障出現的概率。這時，PCL軟件替代了中間繼電器和時間繼電器，只是連接輸入、輸出相關的硬件元件，使接線變得更加簡單靈活，而且降低和減少了因接點接觸不良而出現問題的可能性。

3.2 系統設計安裝等工作量小

PCL憑借軟件功能，替代了繼電器控制系統中的很多中間繼電器、時間繼電器。此系統無論是設計還是安裝等各項工作的工作量都非常小，降低了相關工作人員的勞動強度，并提高了工作水平與效率[1]。

3.3 為后期維修工作打下良好基礎

PCL發生問題的概率很小，并且還具有完善性特點的故障診斷功能，能為后期維修工作打下良好基礎，提供強有力的數據支持與幫助。

3.4 節約能耗

比較PCL系統與繼電器控制系統，發現二者之間有著較大差異。PCL系統中沒有很多中間繼電器、時間繼電器等元器件，使得控制柜體積不再像以前那樣龐大，而且配線非常簡單、用量極少，可以節約大量能耗，為企業節省支出費用[2]。

4 橋式起重機電氣控制系統的主要情況

將橋式起重機加入到工業企業發展過程中后，其主要工作包括：把鐵水分離至十噸電爐中，在其中加入廢鋼、合金進行調溫，當爐內鐵水的溫度已經滿足相關要求后，橋式起重機再把球化鐵水分配到離心機進行澆筑。

電氣控制系統中的缺點主要包括：其一，電機轉子串電阻調速會消耗大量電能，而且可以調速的范圍非常小，平滑性偏低;其二，繼電器接觸器控制系統在多次切換下，可能會出現沖擊電流極大、所串電阻燒毀和斷裂等各種問題，增加安全事故出現的幾率;其三，因為平滑性偏低，對聯軸器剛失常產生的影響非常大，縮短了專業設備使用壽命;其四，系統抱閘在運動狀態下進行，對制動器傷害很大，甚至導致閘皮磨損嚴重。

因為橋式起重機的工作環境非常惡劣，無論是空氣中的有害氣體，還是石墨、碳粉，都會對電機滑環、接觸器等各部分產生極大影響與破壞。加之橋式起重機每天的工作量很大，因此增加了安全事故發生的概率。將30天作為生產周期，發生問題的次數可以達到5次，對正常生產產生了極大影響。應用怎樣的方法，才可以將出現的問題妥善解決，是每一位工作人員亟待解決和深思的問題。將PCL作為主控制裝置，再運用變頻器調速，呈現出的效果會更好[3]。

5 改造方案分析

5.1 PCL型號的選擇及專業設計

由專業工作人員把起重機電控專業設備輸入輸出信號接入到PCL的I/0模塊，再結合具體工作情況對PCL編程。

其一，PCL有啟動功能，橋式起重機操作人員在專業設備啟動前，要將控制器全部切換到零位、進出門的門限開關到位，之后接通主電源。操作主令開關上有專業設備狀態顯示屏，將設備實際狀態及各種問題信息全面顯示在工作人員眼前。

其二，主鉤、副鉤全部由鋼制成，提升限位超重、限位保護，無論是大車還是小車，都有行程開關、保護各個專業設備的保護動作，只產生一定影響，不會限制其他設備。

其三，變頻器的問題較多，接入到PCL，任何變頻器出現問題，只會對拖動動作產生一定影響。

其四，吊鉤的升高與降低和小車前行與后退、大車左行與右行的操作互鎖。

其五，在實際操作過程中，不用對大車和小車進行實際定位[4]。

5.2 變頻器的選型工作

為了降低和減少變頻器中出現的瞬間多電能情況，要給每一臺變頻器都增加一臺與之對應的進線電抗器。變頻器在電機制動過程中，有時會處在再發電運行狀態中，這時需要制動電阻消耗這一部分帶來的能量。因為變頻調速系統在重物下降的情況下，會第一時間進行電機制動，導致電機處在再發生運行狀態中。所以，需要在變頻器直流回路中接入自動電阻，消耗這部分的再生電能，并大幅提升電機的制動能力，使運行過程中的大車、小車、吊鉤迅速回到零的狀態當中[5]。

5.3 變頻調速的控制重點和要點

在橋式起重機控制系統中，還要加大對溜鉤問題的控制力度。液壓抱閘抱住電梯前和松開后的瞬間極易出現重力，因此處在停止狀態可能會出現溜鉤問題。

其一，橋式起重機停止控制的重點。通過精準設定停止的頻率、維持的時間等各項內容，變頻器的工作頻率下降到一定比率時，就會迅速給出頻率到達的信號，將液壓抱閘斷定指令快速發出，延遲液壓抱閘釋放，使變頻器工作頻率下降到零的狀態。

其二，起重機升降控制的重點。設置出升降起始頻率以及檢測電流時間，當變頻器已經到達設定數值時，就要對電流進行查看，以此確定電流已經達到相關要求與標準。出現的力矩可以抵消下降力矩，發出的抱閘松開指令，可以使液壓抱閘通電松開。

其三，自動轉矩提高設置工作。進入調試過程后，要結合具體情況適當提高中頻電壓，改善低頻特點，提高啟動轉矩[6]。

6 各模塊的實際功能

改進后的橋式起重機，在控制系統中，PCL控制系統的主要任務是接收開關信號的輸入，以及對當前系統中的內容進行認真判斷，分析輸出信號控制接觸器、繼電器等器件，有序完成發布的任務。

PCL系統還接受上級未給予的命令，以自動方式采樣。運用模塊化的方法，程序共分為四個模塊，具體如下：

其一，按鈕處理模塊。控制各個電動機和電磁閥的啟動、停止。

其二，通訊模塊。總系統是由PCL控制變頻器完成對電機的控制，所以通訊模塊將控制器、按鈕開關等發出的所有指令匯集在CPU中進行計算，將程序運算出的最終結果通過模塊發送給變頻器等專業設備，最后幫助驅動電動機完成相關工作[7]。

其三，PID控制模塊。據了解，橋式起重機主、副起升機構速度的控制工具非常重要，相關工作者要對此加強關注與重視。此系統主要通過旋轉編碼器判斷測量電動機運行速度，由最初的數字轉換器變成數字量。最后，向變頻器傳遞，將其與已經設定好的速度比較，通過應用PID控制計算方法，呈現出較好的效果。

其四，故障報警模塊。為快速顯示故障與問題細節，保證整體系統有條不紊地運行，此系統要大幅提高自身能力，并具備故障報警分析能力。

在PCL程序設計過程中，要對與之對應的傳感器輸出信號進行專業掃描。假如有變頻器故障問題出現，應第一時間將此設備的電源切斷，并且蜂鳴器可以立刻發揮作用進行報警。分析到工業企業的現場噪聲非常大，極有可能對預警產生一定影響，在程序中可以運用延遲報警控制，也就是當報警信號持續一定時間后，才確定出現問題[8]。

7 PCL控制系統的實際效果

首先，運用變頻調速，幫助平滑調速真正實現減速，呈現出的效率較高。通過將其與串電阻調速方式比較，發現其更加平穩，而且在定位方面也十分準確。同時，通過操作水準將自身作用全部發揮出來，調整控制變頻器的輸出，讓操作變得更加方便、簡單，應用科學方式設置運行的實際速度[9]。

其次，系統中運用的是性能非常高的變頻器及專用提升機，幫助變頻器在零速時滿轉矩輸出，以及內部集成的爆炸邏輯控制，可以使系統在運行過程中更加穩定、可靠。同時，卷揚大小車啟動自動加速等過程有序、順利進行，定位也十分準確，幫助企業節約大量電能[10]。

最后，控制回路簡單、方便，真正實現了軟起、軟停，對電機等沒有任何影響和沖擊。其更是降低和減少了故障發生的概率，還為后期維修工作打下了良好的基礎，幫助企業節約大量維修費用[11]。與此同時，電機啟動、停止時的沖擊電流，是最讓相關工作人員感到棘手的一個問題。PCL控制系統能夠解決此問題，再加上變頻器保護了電機，在提高行車穩定性等方面具有重要作用和意義，延長了使用時間[12]。

8 結語

簡而言之，通過PCL與變頻器的完美融合，改造橋式起重機電氣控制系統，大幅提升起重機性能，使橋式起重機在操作過程中更加平穩、安全，保證在工作過程中被吊起的物件定位更加準確，還降低了啟動時對電網的影響和沖擊。通過應用變頻器調速，加上PCL將自身作用全部發揮出來，真正在控制室對電機進行遠程控制參數、行走系統的各檔速度控制等，更是降低了相關工作人員的勞動強度，保證其在工作過程中更加方便、快速。變頻器一旦出現任何問題，人機界面上都能及時顯示，降低和減少安全事故發生的概率。

參考文獻

[1] 何偉.數字控制系統在橋式起重機上的研究與應用[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2018.

[2] 周偉.優化升級80/20t橋式起重機電氣控制系統[J].天津冶金，2009（1）：23-25，47.

[3] 胡艷麗，董愛華.PLC與變頻器在橋式起重機控制系統改造中的應用[J].自動化博覽，2009，26（5）：86-87，97.

[4] 曾倩.基于PLC和變頻器的橋式起重機電氣控制系統改造[J].科技視界，2013（24）：329-330.

[5] 張玉湖，張利，李勝周，等.PLC與變頻器在橋式起重機電氣改造中的應用[J].現代制造技術與裝備，2010（1）：61-62，68.

[6] 郭會創.PLC在橋式起重機控制回路中的應用[J].科技創新與應用，2014（1）：114.

[7] 王吉明.造船龍門起重機電氣控制系統的設計與應用[D].上海：華東理工大學，2011.

[8] 邢秀琪.PLC在橋式起重機控制回路中的應用[J].現代職業教育，2015（5）：30-31.

[9] 董金波，任思璟.基于組態軟件的橋式起重機監控系統研究[J].實驗技術與管理，2012，29（6）：112-114，129.

[10] 劉小慶.基于PLC控制的變頻調速在橋式起重機中的應用[D].武漢：武漢科技大學，2005.

[11] 吳曼，張鳳璐.可編程控制器在橋式起重機變頻控制系統中的應用[J].黑龍江科技信息，2011（5）：75.

[12] 栗小寬.PLC和變頻器在橋式起重機中的應用[J].科技資訊，2012（5）：84.