PLC在橋式起重機(jī)控制回路中的應(yīng)用

郭會創(chuàng)

摘 要：本文闡述了可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)、PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別，以及PLC和變頻器在100/32t橋式起重機(jī)控制回路中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；橋式起重機(jī)；控制系統(tǒng)

在煉鋼生產(chǎn)中，橋式起重機(jī)是煉鋼生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備，且起重重量較大。一般橋式起重機(jī)電氣控制方式采用傳統(tǒng)的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器進(jìn)行控制。這種傳統(tǒng)的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器控制方式在實(shí)際運(yùn)行中存在著以下問題：（1）在冶金行業(yè)橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)繁重，操作頻繁，使得傳統(tǒng)的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的可靠性差、故障率高、維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高、檢修工人維護(hù)量大。（2）由于橋式起重機(jī)的卷揚(yáng)電動機(jī)功率較大，采用傳統(tǒng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻器調(diào)速，各接觸器在大電流狀態(tài)下頻繁分?jǐn)唷⑽希斐呻娋W(wǎng)高次諧波污染嚴(yán)重，電網(wǎng)功率因數(shù)低，電動機(jī)頻繁燒損。

1 PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

PLC即可編程控制器，它應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是工業(yè)自動化的主要控制設(shè)備之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用。PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)相比，具有以下特點(diǎn)：

1.1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量中間繼電器、時間繼電器。由于線路復(fù)雜，接點(diǎn)接觸不良等原因，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替中間繼電器和時間繼電器，僅與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件連接，使得接線簡單，大大減少了因接點(diǎn)接觸不良造成的故障。

1.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小：PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等元器件，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和接線工作量大大減少。

1.3 維護(hù)工作量小，維修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。

1.4 體積小，能耗低：PLC系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和計(jì)數(shù)器等元器件，使控制柜體積縮小，配線簡單，用量小，因此可以降低能耗，節(jié)省大量的費(fèi)用。

2 PLC在橋式起重機(jī)電氣控制回路中的實(shí)際應(yīng)用

針對橋式起重機(jī)傳統(tǒng)電氣控制方式存在的問題及PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，我公司在煉鋼易地改造工程中所選用的橋式起重機(jī)全部采用聯(lián)動控制臺和PLC控制系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器控制方式。并對三臺100/32t橋式起重機(jī)的卷揚(yáng)電動機(jī)采用變頻器控制。

2.1 PLC系統(tǒng)的組成

在100/32t橋式起重機(jī)中選用了西門子的S7-300模塊化的PLC。PLC系統(tǒng)由中央單元CU、擴(kuò)展模板EM和西門子的CP340觸摸屏組成。如圖1所示。

圖1 100/32t橋式起重機(jī)PLC系統(tǒng)組成

中央單元CU安裝在起重機(jī)的電氣梁內(nèi)，CU的輸入模塊選用直流24V，用于采集配電部分的開關(guān)，接觸器，總過流信號；各機(jī)構(gòu)電動機(jī)主回路，正、反轉(zhuǎn)接觸器，過電流，制動器反饋信號；各行程限位保護(hù)及提升機(jī)構(gòu)的超載、超速，變頻器運(yùn)行、故障等信號。輸出模塊選用直流24V，通過微型繼電器輸出，用于控制配電部分的總接觸器，各機(jī)構(gòu)電動機(jī)、制動器的運(yùn)行。

擴(kuò)展模板EM安裝在駕駛室聯(lián)動操作臺內(nèi)，EM的輸入模塊選用直流24V，用于采集聯(lián)動操作臺控制各機(jī)構(gòu)電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及各檔位速度信號，零位信號，起重機(jī)電源控制，急停，登機(jī)請求、應(yīng)答，主提升電動機(jī)選擇及變頻器復(fù)位等控制信號。并通過PROFIBUS總線電纜與PLC系統(tǒng)連接。

CP340觸摸屏安裝在駕駛室聯(lián)動操作臺上，用于顯示起重機(jī)工作狀態(tài)。操作人員通過觸摸屏可以了解起重機(jī)各機(jī)構(gòu)電動機(jī)的控制運(yùn)行情況。便于故障監(jiān)視，以確保起重機(jī)的安全運(yùn)行。

2.2 起重機(jī)的控制過程

大車、小車、副提升電機(jī)功率較小采用PLC輸出控制接觸器運(yùn)行，主提升電動機(jī)因功率較大（兩臺132KW電動機(jī)）采用ACC800變頻器通過開關(guān)量端子接受PLC 控制信號來運(yùn)行。以主提升電機(jī)為例，其PLC的I/O接線如圖2所示，操作人員按實(shí)際需要通過聯(lián)動操作臺向PLC發(fā)出各種控制信號。PLC通過編譯好的程序?qū)ψ冾l器輸出控制信號，變頻器接收到PLC提供的控制信號，并按設(shè)定向電動機(jī)輸出可變頻、變壓的電源，同時打開制動器，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的起停和調(diào)速。

圖2 100/32t橋式起重機(jī)主提升I/O接線圖

在緊急狀態(tài)下，可按下急停按鈕，一方面機(jī)械制動器動作，另一方面，將變頻器電源斷開，變頻器停止工作。當(dāng)主提升電動機(jī)因故障跳閘時，在故障排除后，可按下復(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)。

提升電機(jī)在下放重物時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于重力加速度的原因，電機(jī)處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲在電壓型變頻器的濾波電容器的兩端，使直流電壓不斷上升，甚至能夠擊穿電器絕緣，當(dāng)電壓上升到設(shè)定值時，通過斬波器接入泄能電阻來消耗直流電路的這部分能量，保證變頻器安全運(yùn)行。

主提升電動機(jī)采用變頻器驅(qū)動后使提升性能有較大提高，起升平滑、穩(wěn)定，被吊物件定位準(zhǔn)確，卷揚(yáng)提升操作可以實(shí)現(xiàn)無級變速，加上變頻器自身保護(hù)功能齊全，如過流、過載、過壓等都能及時報警及停止，減少了起重機(jī)故障，提高了安全性能。變頻器接線圖如圖3所示。

圖3 主提升電動機(jī)變頻器控制原理接線圖

3 結(jié)束語

綜上所述，PLC控制的變頻拖動系統(tǒng)應(yīng)用到行車，各電機(jī)各檔速度、加速時間、制動時間都可根據(jù)實(shí)際工況條件設(shè)定，而且十分方便。從運(yùn)行結(jié)果來看，負(fù)載變化時，電機(jī)速度運(yùn)行平穩(wěn)。設(shè)備的故障率大幅度降低，電機(jī)燒毀明顯減少，同時減少了到電網(wǎng)高次諧波的影響。設(shè)備檢修時排除故障的速度明顯加快，設(shè)備維護(hù)量大大減少。

參考文獻(xiàn)

[1]2007-10 西門子有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán).S7-300可編程序控制器[Z].