變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用

耿俊超

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 概述

橋式起重機(jī)是工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重機(jī)械，橋式起重機(jī)，使用頻繁，環(huán)境惡劣，高溫、金屬粉塵過多。橋式起重機(jī)電力拖動系統(tǒng)多采用繞線式交流異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多段外接電阻調(diào)速，采用凸輪控制器、繼電器、接觸器控制。這種控制系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是：（1）橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重，電動機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。（2）繼電——接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。（3）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。（4）由于現(xiàn)場環(huán)境中的金屬粉塵、有害氣體對電動機(jī)集電環(huán)、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器、接觸器控制系統(tǒng)切換頻繁，起動時(shí)，沖擊電流大，因此觸頭燒損、電刷冒火、電動機(jī)燒損故障時(shí)有發(fā)生，故障率高。（5）系統(tǒng)抱閘是在運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行的，對制動器損害很大，閘皮磨損嚴(yán)重而引起的安全隱患。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

PLC控制的橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1所示

圖1

橋式起重機(jī)大車、小車、主鉤，副鉤電動機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車為兩臺電動機(jī)同時(shí)拖動，所以整個(gè)系統(tǒng)有5臺電動機(jī)，4臺變頻器傳動，并由4臺PLC分別加以控制。

（1）可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分。控制電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號進(jìn)入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心。

（2）變頻器：為電動機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。

（3）制動電阻：起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力加速度的原因電動機(jī)將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。

橋式起重機(jī)大車、小車、副鉤、主鉤電動機(jī)工作由各自的PLC控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動機(jī)都運(yùn)行在電動狀態(tài)，控制過程基本相似，變頻器與 PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)基本相同，而主鉤電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)處于電動、倒拉反接或再生制動狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)稍有區(qū)別。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制，必須對PLC進(jìn)行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過程。

3.1 橋式起重機(jī)小車電動機(jī)的工作過程

在駕駛室門及橫梁欄桿門關(guān)好后，位置開關(guān)SQa、SQb、SQc閉合，緊急開關(guān)SB2等符合要求的情況下，速度選擇開關(guān)置于零位，按下起動按鈕SB1，接觸器KM通電吸合，三相電源接通。

當(dāng)速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度1時(shí)，將三相交流電和電動機(jī)接通，1檔速度起動，速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度2時(shí)，2檔速度運(yùn)行，一般橋式起重機(jī)正反向均有5檔速度，其余與此類似。

速度選擇開關(guān)置于零位或由于停電，電動機(jī)停止運(yùn)行。為防止因停電、變頻器跳閘等使拖動負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險(xiǎn)，仍設(shè)置有機(jī)械制動裝置。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，可立即拉開緊急開關(guān)SB2，一方面機(jī)械制動將所有電動機(jī)制動，另一方面將變頻器緊急停機(jī)控制端EMS接通，變頻器將使電動機(jī)迅速停車。當(dāng)電動機(jī)過載時(shí)，可使熱繼電器的觸點(diǎn)FR接通變頻器的外接保護(hù)控制端，使變頻器停止工作。

位置開關(guān)SQ1和SQ2裝在小車兩頭。當(dāng)小車行走到終端時(shí)，兩端各有擋塊，撞上位置開關(guān)，切斷小車電路，小車電動機(jī)停車并制動變頻器因發(fā)生故障而跳閘后，當(dāng)故障已被排除、可以重新起動時(shí)，按下復(fù)位按鈕SB，接通復(fù)位控制端RST，使變頻器恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 控制小車電動機(jī)的變頻器輸入控制端的安排

一般橋式起重機(jī)有五檔速度，所以3個(gè)外接開關(guān)K3、K4、K5來控制速度信號，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的（實(shí)際可達(dá)8檔速度），外接開關(guān)狀態(tài)與速度的對應(yīng)關(guān)系如下表所示。用戶可自由設(shè)定與每檔速度對應(yīng)的頻率大小。

3.3 梯形圖

小車電動機(jī)的梯形圖程序如圖2所示。

圖2

結(jié)語

橋式起重機(jī)的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確，減少了負(fù)載波動，安全性大幅提高。由于電動機(jī)啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時(shí)電動機(jī)熱耗減少，壽命延長。降低了對電網(wǎng)的沖擊。節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機(jī)運(yùn)行電流小。節(jié)能可達(dá)30%左右。在生產(chǎn)工況相同的情況下電耗和維修費(fèi)用比改制前節(jié)能20%左右。

通過技術(shù)改造，不僅提高了橋式起重設(shè)備安全運(yùn)行時(shí)間，也使工作勞動維修強(qiáng)度維修成本大幅降低，因此，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。

[1]何超.交流變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.