PLC在橋式起重機控制回路中的應用

郭會創

摘 要：本文闡述了可編程控制器（PLC）的特點、PLC控制系統與傳統繼電器控制系統的區別，以及PLC和變頻器在100/32t橋式起重機控制回路中的實際應用。

關鍵詞：PLC；變頻器；橋式起重機；控制系統

在煉鋼生產中，橋式起重機是煉鋼生產過程中的主要設備，且起重重量較大。一般橋式起重機電氣控制方式采用傳統的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器進行控制。這種傳統的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器控制方式在實際運行中存在著以下問題：（1）在冶金行業橋式起重機工作環境惡劣，工作任務繁重，操作頻繁，使得傳統的主令、凸輪控制器及繼電器-接觸器控制系統的可靠性差、故障率高、維護困難、維護費用高、檢修工人維護量大。（2）由于橋式起重機的卷揚電動機功率較大，采用傳統的電動機轉子串接電阻器調速，各接觸器在大電流狀態下頻繁分斷、吸合，造成電網高次諧波污染嚴重，電網功率因數低，電動機頻繁燒損。

1 PLC控制系統的特點

PLC即可編程控制器，它應用面廣、功能強大、使用方便，是工業自動化的主要控制設備之一，在工業生產的所有領域得到了廣泛的使用。PLC控制系統與傳統繼電器控制系統相比，具有以下特點：

1.1 可靠性高，抗干擾能力強：傳統的繼電器控制系統中使用了大量中間繼電器、時間繼電器。由于線路復雜，接點接觸不良等原因，容易出現故障。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的少量硬件元件連接，使得接線簡單，大大減少了因接點接觸不良造成的故障。

1.2 系統的設計、安裝、調試工作量小：PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等元器件，使系統的設計、安裝和接線工作量大大減少。

1.3 維護工作量小，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系統與繼電器控制系統相比減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和計數器等元器件，使控制柜體積縮小，配線簡單，用量小，因此可以降低能耗，節省大量的費用。

2 PLC在橋式起重機電氣控制回路中的實際應用

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

2.1 PLC系統的組成

在100/32t橋式起重機中選用了西門子的S7-300模塊化的PLC。PLC系統由中央單元CU、擴展模板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PLC系統組成

中央單元CU安裝在起重機的電氣梁內，CU的輸入模塊選用直流24V，用于采集配電部分的開關，接觸器，總過流信號；各機構電動機主回路，正、反轉接觸器，過電流，制動器反饋信號；各行程限位保護及提升機構的超載、超速，變頻器運行、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，各機構電動機、制動器的運行。

擴展模板EM安裝在駕駛室聯動操作臺內，EM的輸入模塊選用直流24V，用于采集聯動操作臺控制各機構電動機的正、反轉及各檔位速度信號，零位信號，起重機電源控制，急停，登機請求、應答，主提升電動機選擇及變頻器復位等控制信號。并通過PROFIBUS總線電纜與PLC系統連接。

CP340觸摸屏安裝在駕駛室聯動操作臺上，用于顯示起重機工作狀態。操作人員通過觸摸屏可以了解起重機各機構電動機的控制運行情況。便于故障監視，以確保起重機的安全運行。

2.2 起重機的控制過程

大車、小車、副提升電機功率較小采用PLC輸出控制接觸器運行，主提升電動機因功率較大（兩臺132KW電動機）采用ACC800變頻器通過開關量端子接受PLC 控制信號來運行。以主提升電機為例，其PLC的I/O接線如圖2所示，操作人員按實際需要通過聯動操作臺向PLC發出各種控制信號。PLC通過編譯好的程序對變頻器輸出控制信號，變頻器接收到PLC提供的控制信號，并按設定向電動機輸出可變頻、變壓的電源，同時打開制動器，從而實現電動機的起停和調速。

圖2 100/32t橋式起重機主提升I/O接線圖

在緊急狀態下，可按下急停按鈕，一方面機械制動器動作，另一方面，將變頻器電源斷開，變頻器停止工作。當主提升電動機因故障跳閘時，在故障排除后，可按下復位按鈕，接通變頻器復位控制端RST，使變頻器恢復到運行狀態。

提升電機在下放重物時，電機反轉，由于重力加速度的原因，電機處于再生制動狀態，拖動系統的機械能轉化為電能，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，當電壓上升到設定值時，通過斬波器接入泄能電阻來消耗直流電路的這部分能量，保證變頻器安全運行。

主提升電動機采用變頻器驅動后使提升性能有較大提高，起升平滑、穩定，被吊物件定位準確，卷揚提升操作可以實現無級變速，加上變頻器自身保護功能齊全，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 主提升電動機變頻器控制原理接線圖

3 結束語

綜上所述，PLC控制的變頻拖動系統應用到行車，各電機各檔速度、加速時間、制動時間都可根據實際工況條件設定，而且十分方便。從運行結果來看，負載變化時，電機速度運行平穩。設備的故障率大幅度降低，電機燒毀明顯減少，同時減少了到電網高次諧波的影響。設備檢修時排除故障的速度明顯加快，設備維護量大大減少。

參考文獻

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