PLC在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

1、PLC在10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：在對(duì)鑄造車間使用的10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)的大修過程中，采用了日本三菱公司的FX1N型PLC可編程控制器對(duì)10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。通過對(duì)這臺(tái)10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和控制功能的改造及其系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，使其解決了這臺(tái)10噸梁吊鉤橋式起重機(jī)在實(shí)際使用中出現(xiàn)的一些問題，從而提高了這臺(tái)起重機(jī)使用效率和產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，同時(shí)對(duì)節(jié)約能源也起到積極的作用。關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；電抗器；起重機(jī)1 引言由于這臺(tái)10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)在鑄造車間已經(jīng)使用了5年以上，任務(wù)繁重工作環(huán)境惡劣，致使該臺(tái)起重機(jī)的電力拖

2、動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性比較差。如：1.1 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻易燒損、斷裂會(huì)造成接地故障，但電阻發(fā)生接地故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成繞線式異步電動(dòng)機(jī)燒損，而電阻斷裂沒有發(fā)生接地故障時(shí)，又會(huì)造成運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中失去一檔速度或只有一個(gè)最快檔的速度。1.2 凸輪控制器的觸頭常因開閉時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈火花而燒灼，致使凸輪控制器的觸點(diǎn)接觸不良，又由于凸輪控制器長期的使用，造成凸輪控制器自身內(nèi)部機(jī)械的磨損，致使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活凸輪控制器觸點(diǎn)接觸不良，造成繞線式異步電動(dòng)機(jī)缺相燒毀。1.3 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速，機(jī)械特性炊弱，負(fù)載變化時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)，過流繼電器時(shí)常會(huì)發(fā)生過流保護(hù)，但是過流繼電器發(fā)生過流

3、保護(hù)后常閉輔助觸點(diǎn)有時(shí)恢復(fù)不到原始狀態(tài)，而又在運(yùn)行中電阻長期發(fā)熱，造成能源嚴(yán)重浪費(fèi)。為解決上述問題，經(jīng)過調(diào)研論證，認(rèn)為采用PLC可編程控制器對(duì)10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造是一個(gè)比較好的方案，可解決該起重機(jī)產(chǎn)生的上述問題。2 起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)改造的結(jié)構(gòu)和功能2.1 起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)改造的硬件結(jié)構(gòu)介紹10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)所組成。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)各為一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，整個(gè)起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)共有4臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。為了保證各機(jī)構(gòu)運(yùn)行互不影響，提高起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，保證起重

4、機(jī)在吊鐵水時(shí)正常工作，采用4臺(tái)變頻器拖動(dòng)，并由1臺(tái)PLC分別加以控制的硬件結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)流程如圖1。主令控制器2主令控制器3主令控制器1PLC變頻器4變頻器3變頻器1變頻器2M4M3M2M1大車 小車 升降圖1 PLC對(duì)起重機(jī)改造的硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC I O KM KA1 KA2 KA3 KA4KA5 KA6 KA7 KA8COM COMX000X001X002 Y000X003X004X005X006 Y001X007X010X011X012 Y002X013X014X015X016 Y003X017X020X021 Y004X022X023X024 X025 Y005 Y006Y007Y0

5、10NL220V SB2 SB1 山SB3 山SB4 .SA11山SA10SA9SA8SA7SA1SA2SA3.SA4SA5SA6FR1SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6啟動(dòng)停止 電 源急停復(fù)位前進(jìn)控制1前進(jìn)控制2正 轉(zhuǎn)前進(jìn)控制3前進(jìn)控制4前進(jìn)控制5零鎖反 轉(zhuǎn)后退控制5后退控制4后退控制3后退控制2檔 位后退控制1熱保護(hù)向前限位檔 位后退限位 安全開關(guān)1安全開關(guān)2安全開關(guān)3檔 位復(fù) 位急 停過 載安全開關(guān)4 N AC200V L圖2 PLC系統(tǒng)的I/O接線圖2.2 起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)改造的硬件功能介紹2.2.1 可編程控制器PLC的功能通過對(duì)各種PLC的功能對(duì)比，選用由日本三菱公司生產(chǎn)的FX

6、1N型PLC作為控制起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，可編程控制器PLC接受主令控制器的速度控制信號(hào)，該信號(hào)為數(shù)字控制信號(hào)，信號(hào)電平為AC 、220V。這些控制信號(hào)包括：主令控制器發(fā)出的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制信號(hào)、電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)信號(hào)、安全限位器信號(hào)及啟動(dòng)、急停、復(fù)位、零鎖等信號(hào)，全部信號(hào)采用匯點(diǎn)式輸入?？删幊炭刂破鱌LC針對(duì)這些信號(hào)完成系統(tǒng)的邏輯控制功能，并向變頻器發(fā)出啟動(dòng)、急停、正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速等控制信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)處于所需工作狀態(tài)。2.2.2 變頻器的功能接收可編程控制器PLC提供的控制信號(hào)，并按設(shè)定向電動(dòng)機(jī)輸出可變壓、變頻的電源，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。2.2.3 電抗器的功能在變頻器電源輸入端和輸出端分別安裝

7、電源側(cè)交流電抗器和噪聲抑制交流電抗器。使用電抗器以后可以減小高次諧波對(duì)電源、功率因數(shù)、無線電設(shè)備等干擾。2.2.4 主令控制器的功能去掉凸輪控制器改用主令控制器，起重機(jī)操作者可按要求通過主令控制器向可編程控制器PLC發(fā)出各種控制信號(hào)操作起重機(jī)。2.2.5 泄能電阻（制動(dòng)電阻）的功能10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)，由于重力加速度的原因，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)到電壓型變頻器的濾波器電容器的兩端，使直流電壓不斷上升甚至能夠擊穿電器絕緣，當(dāng)電壓升高到設(shè)定值時(shí)，接入泄能電阻來消耗直流電路這部分能量，保證電器安全運(yùn)行。2.2.6 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功能根據(jù)變頻器提供的

8、變壓、變頻電源，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)原用的是YZR系列電動(dòng)機(jī)，可以去掉集電環(huán)、碳刷將其轉(zhuǎn)子回路短接后就可以作為普通電動(dòng)機(jī)使用，這樣可以降低大修改造的成本費(fèi)用。3 起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)改造的軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)分別由不同的變頻器和一個(gè)可編程控制器PLC控制。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)之間變頻器和可編程控制器PLC控制結(jié)構(gòu)和軟、硬件設(shè)計(jì)基本相同。在這里介紹以小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電力拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)改造后的電控系統(tǒng)為例來說明。如圖2、圖3。 kA1 kA2 kA3 kA4 kA5 kA6 kA7 kA8制動(dòng)電阻C

9、OM FWD REV X1 X2 X3 RST EMS THRR US VT W電抗器電抗器KMM 圖3 變頻器系統(tǒng)原理圖3.1 PLC控制小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電力變頻拖動(dòng)系統(tǒng)工作及軟件設(shè)計(jì)3.1.1 10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)的工作過程通向橋架的門上、司機(jī)室的平臺(tái)門上和橫梁的欄杠門上均裝有安全裝置。上述各門關(guān)好后1#、2#、3#、4#安全裝置開關(guān)常閉觸點(diǎn)打開，急停開關(guān)斷開，三個(gè)主令控制器置于零位，此時(shí)才能按下啟動(dòng)按鈕，接通電源。當(dāng)主令控制器置于前進(jìn)控制檔位時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)速度檔位，控制變頻器輸出不同頻率的電源，達(dá)到調(diào)速的目的。主令控制器共分5檔，從慢速到快速依次為前進(jìn)（后退）控制5和前進(jìn)（后退

10、）控制1，第5檔為前進(jìn)（后退）控制1且電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行。在運(yùn)行中，不論何種原因電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)采用原來的三相液壓制動(dòng)器。在緊急情況下，可按下急停按鈕，一方面機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作，另一方面，將變頻器緊急停機(jī)控制端EMS接通，變頻器停止工作。在實(shí)際中，變頻器因故障跳閘、電動(dòng)機(jī)過載或熱元件動(dòng)作，在故障排除以后，才可以按下復(fù)位按鈕，接通變頻器復(fù)位控制端RST，使變頻器恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。3.1.2 PLC控制小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器控制滿足運(yùn)行要求，必須從這臺(tái)10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)設(shè)備的工作過程、設(shè)備特點(diǎn)、安全要求出發(fā)，結(jié)合PLC控制特點(diǎn)，編制PLC控制程序。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)PL

11、C控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖4所示。3.2 PLC控制小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)的速度設(shè)定實(shí)際使用中用了3個(gè)中間繼電器來控制速度檔位，分別向變頻器X1、X2、X3端子提供不同速度控制信號(hào)，通過變頻器設(shè)定不同的對(duì)應(yīng)速度，共可以提供8檔速度。而10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)實(shí)際只有5檔速度，中間繼電器的狀態(tài)、變頻器的控制端子X1、X2、X3的狀態(tài)與對(duì)應(yīng)速度設(shè)定頻率值如表1所示。其中“0”表示繼電器失電，“1”表示繼電器得電。從表中看出，1至5檔為均勻調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行中不存在明顯的機(jī)械沖擊，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。小車運(yùn)行速度在這里設(shè)定為從低頻到高頻的順序控制。速度檔次012345頻率設(shè)定/HZ02525201510K03

12、/X1010101K04/X2000110K05/X3011000表1 速度頻率檔次設(shè)定及繼電器狀態(tài)對(duì)照表 X002 Y007 急停 X003 Y006 復(fù)位 X017 Y010 過載 X002 X022 X023 X024 X025 X011 X000 X001 Y000 電源 X000 Y010 Y000 X004 X020 Y002 Y001 正轉(zhuǎn) X005 X006 X007 X010 X016 X021 Y001 Y002 反轉(zhuǎn) X015 X014 X013 Y005 X012 X004 Y003 1擋 X016 X005 Y005 2擋 X015 X006 Y003 3擋 X014 Y004 X007 Y004 4擋 X013 X010 Y003 5擋 X012圖4 PLC控制系統(tǒng)梯形圖4 結(jié)束語把可編程控制器PLC控制的變頻拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到10噸雙梁吊鉤橋式起重機(jī)中，使各電動(dòng)機(jī)各檔速度、加速時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間都可以根據(jù)實(shí)際工作情況條件設(shè)定，而且十分方便。從運(yùn)行結(jié)果來看，負(fù)載變化時(shí)，速度運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備的故障大幅下降，