PLC控制和變頻器技術在水電站門式起重機上的應用

劉述才 鄭州水工機械有限公司

隨著微電子技術、電子技術以及微計算機技術的不斷發展，衍生出了PLC技術，其具有可靠性強、應用靈活、工作量少的優勢，在工業現代化、智能化和自動化發展中發揮了重要的作用。變頻器具有高效率、高功率因素和較好的節能效果，在工業領域中得到了廣泛應用功能。PLC控制器與變頻器的應用功能能夠克服傳統門式起重機控制的缺點，并且具有較高的調速性能，被認為是一種非常有價值的調速方式。

一、水電站門式起重機對起重設備控制的要求

筆者根據多年經驗分析水電站門式起重機對起重設備控制的要求主要集中在以下幾點：①可靠性高：門式起重機主要用于閘門安裝，若在安裝中途發生問題，將對設備、安裝人員以及工期帶來較大的影響，可能引起重大的設備損壞或經濟損失。因此對于門式起重機的可靠性具有較高的要求[1]。②控制精度高：門式起重機要求運行平穩、定位準確、速度變化可控性好，能夠滿足各種情況下的工作要求。③自動化水平高：水電站通常位于偏遠地區，人力資源有限，因此需要具有較高的自動化水平。

傳統繼電控制存在許多問題，例如故障發生率高及維修工作量大的為，但是隨著PLC技術在工業中的廣泛應用，其以可控性好、運用靈活、維護量大的優勢在現代工業領域中得到了廣泛應用[2]。在門式起重機控制系統中，PLC設備的應用能夠簡化控制結構以及電線路徑，并采用現場總線分布控制方式，能夠減少大量的線纜以及安裝工作量，從而降低故障的發生率。PLC控制還能夠實現起重機的智能控制以及自動診斷，通過人機界面能夠對起重機全方面進行控制，并通過顯示內容觀察起重機的工作狀態，從而提高了起重機的工作效率，減少人工勞動量[3]。

二、PLC控制與變頻器技術在水電站門式起重機中的應用

PLC控制器的應用已經有幾十年的歷史，并且成為工業自動化中的重要設備，也是現場控制的主要設備。PLC取代繼電器控制主要是由于其以下特點：①接線簡單：PLC主要是通過內部儲存程序的方式，從而通過內置軟元件以及編制的控制程序來實現各功能的控制，從而節省繼電控制中的各種線圈以及接線；②應用靈活：PLC控制的優點在于邏輯控制變化靈活，當需要改變控制參數時，僅需要修改相應的程序，不需要改變線路，從而提高了控制的靈活性；③信息化水平高：PLC使用了大量的現場設備，能夠通過現場總線以及其他控制設備連接成網絡，從而實現集中數據處理，是遠程控制的最佳方法；④便于維護：PLC采用了循環掃描的方式，通過抗干擾與隔離措施的應用，再加上在線自動檢測的功能，能夠快速檢測到各種故障設備，并提示檢修人員故障所在的地方，有助于提高維護的效果[4]。變頻器是通過改變電源頻率控制交流電動機的一種設備，其主要通過根據幾點實際需求提供相應的電源電壓，從而達到節能環保、速度調控的目的。此外，變頻器還具有過流、過壓、過載保護的作用，隨著現代工業的不斷發展，其在工業發展中也得到了廣泛的應用功能。

門式起重機的結構較為復雜，因此在編寫PLC程序時，需要對整體結構以及各操作流程進行分析，從而明確起重機的控制過程，從而為程序設計提供參考依據。例如，起重機生氣結構的控制流程中，門機上電之后PLC首先需要進行自動檢查，若網絡及各設備正常，門機則正常運行，除了常規的電機保護措施外，PLC系統還自帶過熱保護與超速保護措施。此外，由于主機升機構運行過程中的電流量較大，因此在主起升動作之前其他機構不能同時進行動作。

由于現代多數門式起重機采用了觸摸操作面板，有助于簡化操作與監控措施，工作人員能夠通過面板顯示的各機構運行狀況，并結合實際要求來調整各方面的參數或通過觸摸屏按鈕啟動各功能開關。觸摸屏的畫面采用網頁式設計，能夠完成所有的控制功能，包括輸入、參數顯示、儲存與記錄、報警等功能，且操作簡單明確。

門式起重機的門機起升機構主要是采用速度閉環控制的變頻系統，具有較好的調速效果，受轉矩的影響小，有助于實現同步運行。在速度閉環控制中可以通過電纜卷筒電機與起升機構的理論速度確定給定速度，從而實現電纜卷筒電機的有效控制。同時由于PLC以及現場總線技術的應用，提高了變頻器閉環控制的精度。PLC作為門機控制的主要設備，能夠通過采集起升機構以及電纜卷筒的各項參數，然后計算不同情況下的速度關系曲線，然后調整電纜張力以及卷筒電機轉矩的相關數據，并反饋至PLC控制系統，對卷筒變頻器進行調控，從而確保起升機構的同步精準度。

三、結束語

PLC控制器與變頻器具有較好的應用價值，在水電站門式起重機中具有較好的應用效果，有助于提高起重機的可控性，從而確保安裝的質量以及調控的效果，能夠確保工程的經濟效益，減少對水電站施工進度以及經濟的影響。