淺談起重機的PLC變頻調速系統應用

摘 要:起重機是工業生產中不可或缺的機械設備之一，它有著無可取代的地位。在整個起重機上，起升機構是其最重要的組成部分，該機構的調速性能對起重機的工作性能有著直接影響。以往傳統的起重機多采用的是調速控制系統，這種系統存在可靠性低、工作效率不高等缺點，從而使起重機的整體工作性能受到了極大的制約。為了有效地提高起重機的工作效率和可靠性，可將PLC變頻調速系統應用到起重機上。基于此點，本文就起重機的PLC變頻調速系統應用進行淺談。

關鍵詞:起重機 PLC 變頻調速系統

中圖分類號:TH22 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0100-011 PLC及變頻調速系統的具體特點

1.1 PLC的特點

PLC即可編程控制器，從廣義的角度上講，它也屬于一種計算機系統。下面簡要介紹一下PLC的各部分功能及特點。

(1)微處理器。這是PLC的主要組成部件之一，也可以說是整個系統的核心，正是因為這一部件，才使PLC具備了編程和數據處理能力。在PLC的每一個循環當中，微處理器能夠對故障進行自動診斷，并且還能夠完成系統管理等工作。

(2)存儲器。雖然CPU模板本身具有一定的內存，但對于用戶來講，這部分內存的容量是遠遠不夠的，因此，PLC都具備存儲器可擴展功能。

(3)I/O接口。目前，PLC常用的I/O接口主要有數字接口、模擬量接口、擴展接口以及智能I/O接口等。無論是哪一種接口其主要作用都是信號傳輸和通訊，并以此來實現控制功能。

(4)編程器。它最主要的作用就是為用戶提供輸入和調試應用程序之用。常見的編程器有兩種，一種是帶有顯示器的，另一種則是簡易的。

1.2 變頻調速系統的特點

由于變頻調速系統所采用的核心技術為計算機和電力電子技術，故此其具有如下優點:

(1)無論系統處于高速還是低速運轉的狀態下，它的轉差功率都能夠始終保持不變，從而使其工作效率更高。

(2)由于變頻器采用的是無任何觸點的電力電子元器件，從而有效地節省了繼電保護器和接觸器，也使外部的接線得以簡化，控制設備的體積也進一步縮小。

(3)變頻器是以CPU單元作為內部控制的核心部分，所以其具有超強的控制和運算能力，可實現調速控制。

(4)變頻器本身具備故障自診功能，可實現過載保護等功能，并且顯示器還能夠對各種故障信息進行顯示，有效地提高了系統的可靠性。

2 PLC變頻調速系統在起重機中的具體應用

2.1 系統構成

本系統由以下幾個部分構成:上位機(觸摸屏系統)、下位機(PLC、變頻調速系統、負荷重量測量儀)等。

(1)功能要求。由于起重機上的吊鉤、大車以及小車這三個部分的電機都需要獨立運轉，故此本系統設計了3個獨立的變頻調速器，并由PLC對它們進行控制。起重機所要完成的正常操作主要包括以下環節:吊鉤升降、大車以及小車的運行等;保護功能主要包括:吊鉤升降限位、大車及小車運行限位等。系統按照起重負荷的大小來改變電機的運行速度，以此來實現無級變速。

(2)觸摸屏。本系統采用的是由西門子公司出產的工業觸摸屏，并與PLC相連接，通過觸摸屏強大的軟件功能進行系統開發。具體功能包括:系統參數設定、密碼設置、系統測試以及故障點檢查等等。該觸摸屏系統采用良好的人機交互界面，操作簡單方便，同時人機界面還具有控制變頻器變速以及故障顯示等功能，通過上位機和下位機之間的通訊，能夠實現實時監控。

(3)PLC系統。它是調速系統的主要控制元件，由穩壓電源、繼電電源、主處理以及擴展單元等部件組成。在主處理單元上配有通訊接口，可以與上位機進行連接，以實現實時通訊。PLC系統所實現的功能具體包括如下幾個方面:其一，接收并處理由負荷重量測量儀傳輸過來的信號，并按照實測的重量大小來對起重機吊鉤、大車以及小車的運動方向進行控制;其二，接收并處理來自于電機旋轉編碼器發出的信號，以此來防止吊鉤下滑;其三，接收并處理由限位控制器傳輸過來的信號，并及時準確地作出響應。

(4)變頻調速系統。通常情況下，當PLC中輸出的控制信號作用到變頻器上時，變頻器便會產生出頻率連續變化的交流電，并以此來對電機進行驅動，從而使電機的轉速達到連續變化，進而實現無機調速。本系統采用的變頻器是由三菱公司出品的，系統共配有3臺變頻器，分別用于驅動吊鉤、大車以及小車的電機。由于起重機的大車運行距離相對較長，所以可將調速范圍設定為6∶1;而小車的運行距離則相對較短，故此可將調速范圍設定為4∶1。

2.2 軟件設計

(1)上位機軟件。本系統的上位機使用的是由西門子公司出產的工業用觸摸屏，其主要功能是參數設定、用戶登錄、工作量及工作時間記錄、生成報表、實現與下位機之間的通訊等等。軟件設計主要包括以下模塊:用戶登錄密碼驗證、參數設定、通訊、以及報表統計等模塊。

(2)下位機軟件。按照起重機負荷重量的大小，并利用變頻器對吊鉤、大車及小車的電機運轉速度進行控制，借此來實現無極調速。通過對信號的及時響應，可確保系統的安全性。

參考文獻

[1]杜平.蔡宇寧.對變頻器在起重機控制系統應用中的探討[J].中國科技博覽，2011(21).

[2]曹玲芝.王紅衛.李春文.起重機變頻調速控制技術的研究現狀及趨勢[J].微電機，2008(3).

[3]張玉之.變頻調速技術在起重機調速系統中的應用[J].中國設備工程，2009(10).