電氣自動(dòng)化技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用研究

摘 要 起重機(jī)作為物料搬運(yùn)系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用廣泛作用顯著，故對(duì)于提高其運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全，降低物料搬運(yùn)成本是十分重要。本文主要從起重機(jī)涉及的PLC硬件、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、變頻器容量選擇、上位操作等幾個(gè)方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述和分析。

關(guān)鍵詞 電氣；起重機(jī)；變頻器；應(yīng)用；自動(dòng)化

1 概述

傳統(tǒng)的起重機(jī)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線(xiàn)串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高，效率低等缺點(diǎn)。因此根據(jù)起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，將現(xiàn)代電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到起重機(jī)控制系統(tǒng)中，以達(dá)到提高起重機(jī)操作精度、穩(wěn)定性和安全性的目[1]。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 各種電氣檢測(cè)元件的應(yīng)用

起重機(jī)對(duì)穩(wěn)定性和安全要求十分嚴(yán)格，這就對(duì)電氣元件提出更高的要求，不但要求電氣元件動(dòng)作準(zhǔn)確、靈敏可靠，更要有狀態(tài)自檢報(bào)警功能。現(xiàn)場(chǎng)部分電氣元件具有人機(jī)交互界面，技術(shù)人員可以通過(guò)操作界面對(duì)電氣元件的參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，并可以讀取歷史數(shù)據(jù)、查看當(dāng)前工作狀態(tài)等。電氣檢測(cè)元件具有通信接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的電氣通信協(xié)議，能將檢測(cè)的電壓或電流信號(hào)傳遞到上一級(jí)控制系統(tǒng)或是顯示儀表。

2.2 變頻器、電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用

起重機(jī)上安裝著各種電機(jī)等耗電設(shè)施，其設(shè)備用電需要相當(dāng)巨大，大功率電機(jī)的頻繁啟動(dòng)會(huì)對(duì)整個(gè)工廠的供配電網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響，使電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生波動(dòng)，而變頻器類(lèi)電力設(shè)備的應(yīng)用可有效減小大型電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，而變頻器的使用更可以有效節(jié)約電力能源，優(yōu)化電機(jī)性能和使用壽命，為企業(yè)節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本和減小備件消耗。電機(jī)保護(hù)器是現(xiàn)在普遍應(yīng)用的電機(jī)保護(hù)設(shè)備，即不僅電氣元件的基本電氣保護(hù)功能，還具有可編程邏輯控制器的許多功能。一般電機(jī)保護(hù)器都具有現(xiàn)場(chǎng)控制面板和運(yùn)行指示燈，控制面板可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)非正常停機(jī)，維護(hù)人員可以通過(guò)控制面板查看電機(jī)故障信息、調(diào)取運(yùn)行趨勢(shì)畫(huà)面。同時(shí)電機(jī)保護(hù)器還具有通信接口，可以同企業(yè)的PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并可集成到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中[2]。

3 系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)控制的基本要求

對(duì)起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求：主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)；控制系統(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操作臺(tái)各主令控制器、開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開(kāi)關(guān)等組成。

3.2 PLC硬件選擇

起重機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用工作穩(wěn)定的西門(mén)子S7-300-PLC及其配套的IM153-2遠(yuǎn)程站系列的數(shù)字量/模擬量及數(shù)據(jù)通信模塊，S7-300系列是西門(mén)子公司中型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。

在基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，采用了大量的IM153用于主操作室內(nèi)操作臺(tái)、部分機(jī)旁操作臺(tái)箱、PLC遠(yuǎn)程I/O柜，這些IM153通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)與PLC相連，這樣大大減少了現(xiàn)場(chǎng)I/O接線(xiàn)，提供了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也降低了企業(yè)的投資成本。

S7-300 PLC輔助以CP343專(zhuān)用的穩(wěn)定高速的以太網(wǎng)通訊卡，使各個(gè)工段的PLC系統(tǒng)可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，各個(gè)PLC室均有穩(wěn)壓UPS進(jìn)行供電，以保護(hù)突發(fā)情況下PLC的供電能保持穩(wěn)定。

工程機(jī)配件配制有：HP操作員站，D-Link快速以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.3 變頻器選擇

根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特性和技術(shù)要求，起重機(jī)選擇西門(mén)子6SE70型變頻器，該變頻器帶測(cè)速反饋單元，作為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電氣設(shè)備，6SE70型變頻器標(biāo)準(zhǔn)矢量型變頻器作為大、小行車(chē)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，完全滿(mǎn)足行走機(jī)構(gòu)的需求，6SE70型變頻器通過(guò)簡(jiǎn)便的接線(xiàn)和參數(shù)設(shè)置，便可以進(jìn)行應(yīng)用，借助其兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)能作為控制系統(tǒng)的一部分和PLC進(jìn)行信號(hào)交互，6SE70型變頻器標(biāo)準(zhǔn)矢量型變頻器的內(nèi)部保護(hù)功能同時(shí)為變頻器和變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)，同時(shí)也延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命降低了備品消耗。

3.4 輔件的選擇

（1）斷路器：為避開(kāi)變頻器投入時(shí)直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.3～1.4倍，整定值為斷路器額定值的3～4倍；

（2）接觸器：接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時(shí)起斷開(kāi)主回路的作用；

（3）交流電抗器：在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開(kāi)斷造成的峰值電流對(duì)變頻器的危害；

（4）制動(dòng)單元：為減小大慣性系統(tǒng)的減速時(shí)間，解決變頻器直流電路上的過(guò)電壓?jiǎn)栴}；

（5）制動(dòng)電阻器：借助制動(dòng)電阻單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)下從動(dòng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量[3]。

4 上位操作

起重機(jī)使用西門(mén)子WINCC工業(yè)級(jí)監(jiān)控軟件作為人機(jī)交互監(jiān)控軟件，上位操作員可以通過(guò)西門(mén)子WINCC軟件監(jiān)控起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及檢測(cè)儀表的實(shí)時(shí)參數(shù)，并對(duì)包括生產(chǎn)線(xiàn)的各種高低壓傳動(dòng)設(shè)備、過(guò)程檢測(cè)儀表、電氣閥門(mén)進(jìn)行控制，西門(mén)子WINCC軟件可以實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的重要狀態(tài)信息。

WINCC軟件能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比分析。數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以通過(guò)數(shù)據(jù)表、曲線(xiàn)圖等方式顯示，也可以將多參數(shù)一起進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)形成報(bào)表。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用變頻器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能以及基于組態(tài)軟件所開(kāi)發(fā)出來(lái)的良好人機(jī)界面和通信能力，而且隨著電氣自動(dòng)技術(shù)不斷的進(jìn)步的發(fā)展，使得起重機(jī)的機(jī)械動(dòng)作和設(shè)備運(yùn)行變得更加智能、有序、安全可控。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭夕健，于揚(yáng)，張國(guó)忠.基于PLC的塔式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2007，（05）：143-144，147.

[2] 周彩珍.基于PLC的起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007， （02）：77-78.

[3] 劉小慶，范勤.基于PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)械，2004，（08）：15-16，19.

作者簡(jiǎn)介

張國(guó)宏（1982-），男，吉林省通化市人；學(xué)歷：本科，助理工程師，研究方向：現(xiàn)場(chǎng)起重機(jī)設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)。