基于PLC與變頻器對橋式起重機電氣控制的技術改造

崔興艷 宮洵

[摘 要] 以某廠15/3T橋式起重機的提升機構電氣控制系統改造為研究對象，針對其傳統控制存在故障率高、可靠性和安全性低的特點，在保持原有起重機中大車運行機構和小車運行機構不變的前提下，采用現代控制技術，即交流變頻調速和PLC，對該橋式起重機的提升機構進行電氣改造，構建了相應技術改造方案并進行了具體項目的實施。

[關 鍵 詞] PLC與變頻器；橋式起重機；電氣控制；技術改造

[中圖分類號] TH215 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）09-0031-01

橋式起重機作為工廠中一種搬運物料的機械設備，其提升機構工作的安全性和可靠性是保證物料在高空運輸的前提，同時對地面設備和人員的安全也是至關重要。隨著設備使用年限的增加和繼電器-接觸器有觸點控制性能的下降，橋式起重機在物料搬運中出現故障的概率逐漸增加。經過長期使用后，某廠15/3T橋式起重機出現限位失靈、設備噪音過大、設備顫動大、掛不上檔位、元件過熱燒壞、甚至出現飛車等故障現象，給設備和人員的安全帶來了嚴重的威脅。PLC作為現代工業控制的主流產品，存在著可靠性高、控制功能強大的特點，對電氣控制進行PLC改造是現實可行的。

完成橋式起重機電氣控制系統的改造，包括：1.橋式起重機控制系統總體方案設計；2.橋式起重機PLC和變頻器改造硬件設計；3.橋式起重機PLC控制電路程序設計編制出PLC改造的程序；4.PLC改造的程序進行程序調試完成安裝接線和調試運行。

一、橋式起重機控制系統總體方案設計

由于橋式起重機工作時具有頻繁起動和短時工作的特點，因此用PLC和變頻器對橋式起重機電氣控制系統的進行改造，可以解決傳統控制的缺點。改造時把起重機操作面板上的各按鈕、限位開關等，作為PLC的輸入，把接觸器、繼電器和電磁鐵及指示燈等作為PLC的輸出，再通過變頻器可完成相關起重機的起動、運行、停止和調速控制。

二、橋式起重機PLC和變頻器改造硬件設計

（一）PLC的I/O資源配置

根據系統的功能要求，對PLC的I/O進行配置，具體分配如下：

PLC輸入設備主要包括控制按鈕、限位開關，共有26個關開輸入量。

PLC輸出設備主要有各種接觸器、指示燈等，共有7個數字量輸出。

（二）PLC選型并設計橋式起重機控制系統的硬件接線圖

PLC選型時要根據其控制系統的功能要求，從經濟性、可靠性和合理性等方面來綜合考慮，可選擇西門子S7-200系列CPU224 PLC作為橋式起重機電氣控制系統的控制主機，選擇EM223作為控制系統擴展模塊，由于其主機具有14/10點輸入和輸出，擴展模塊帶有16點DC輸入/16點DC輸出，因此可以滿足控制系統輸入和輸出點的要求，并留有一定余量為后續擴展提供必備條件。

（三）其他資源配置

PLC和擴展模塊的核心器件選好后，還需要配置各種限位開關、接觸器和變頻器等儀器設備。

三、橋式起重機PLC控制電路程序設計

硬件設計完成后，就可以根據起重機的控制要求和I/O分配進行軟件設計即編程，編程采用功能流程圖的設計方法，需要先設計出控制系統的控制功能流程圖，然后根據具體的控制要求，逐步細化控制框圖，最后完成每個功能模塊的各環節設計，然后進行編譯、調試、修改過程。

根據控制系統功能要求，控制過程可采用手動人工操作進行，每部分設備可單獨運行，也可同時運行。可以通過按鈕對大車、小車和起重機進行啟停控制，并且可以通過變頻器面板上的按鈕調節頻率來改變起重機各個方向運行的速度。

各工作過程是根據重物所處的位置，并按照PLC讀取的變頻器參數進行控制。

在軟件設計過程中，使用了很多軟器件如寄存器、中間繼電器、定時器等，為了便于編程及修改，把程序中所用到的軟器件如M和V等列出表格，實現中間環節的控制。程序設計采用先分成各模塊單獨設計，最后再匯總的方式。

四、橋式起重機調試及運行

（一）程序調試及運行

為了保證所接橋式起重機PLC改造后電氣控制板的制作質量，在運行之前先對程序進行監控調試，如果出現問題可反復修改，直到成功為止。如果未發現異常情況，可對電動機帶負載做通電實驗。

（二）整機安裝及調試運行

程序調試成功后，可對起重機的電氣控制進行整機安裝和調試，按照安裝布線的工藝要求進行元器件和布線。然后進行整機調試及運行，直到正常工作為止。

以上介紹了橋式起重機電氣控制系統的改造過程，此控制系統采用了西門子公司的S7-200PLC作為核心控制設備，采用MM440作為變頻調速。經過一段時間實際運行，改造后的橋式起重機故障率大大降低，提高了生產效率，實踐證明此次改造是現實可行的。

參考文獻：

[1]崔興艷.機床電氣設備及升級改造[M].機械工業出版社，2015-11.

[2]張玉湖.PLC與變頻器在橋式起重機電氣改造中的應用[J].現代制造技術與裝備，2010（1）.