基于PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

周正杰　羅邕生

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)越來(lái)越重視建筑工程中起重機(jī)的運(yùn)用。橋式起重機(jī)是一種比較常用的運(yùn)輸工具，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工廠碼頭和倉(cāng)庫(kù)等各個(gè)領(lǐng)域，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。因此，本文簡(jiǎn)要分析了變頻調(diào)速技術(shù)，研究了基于PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速;橋式起重機(jī);PLC

中圖分類號(hào)：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）23-0042-03

Application of Frequency Conversion Speed Regulation

Based on PLC Control in Bridge Crane

ZHOU Zhengjie LUO Yongsheng

（Guangxi Technological College of Machinery and Electricity，Nanning Guangxi 530007）

Abstract： With the rapid development of the economy， China has paid more and more attention to the use of cranes in construction projects. Bridge crane is a kind of common transportation tool， which has been widely used in various fields such as factory docks and warehouses， and has made significant contributions to China's economic development. Therefore， this paper briefly analyzed the frequency conversion speed regulation technology and studied the development of the frequency conversion speed regulation system based on PLC control.

Keywords： frequency control;bridge crane;PLC

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，機(jī)械應(yīng)用水平進(jìn)一步提高。人們開(kāi)始探尋和研究其他可以控制橋式起重機(jī)的運(yùn)行技術(shù)，以提高機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低設(shè)備使用成本。變頻調(diào)速技術(shù)憑借優(yōu)異的調(diào)節(jié)功能，在眾多技術(shù)中脫穎而出，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，已經(jīng)成為起重機(jī)運(yùn)行的必備技術(shù)[1-3]。它可以促進(jìn)我國(guó)橋式起重機(jī)市場(chǎng)的良性競(jìng)爭(zhēng)，也可以為我國(guó)新技術(shù)的研發(fā)提供動(dòng)力。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

橋式起重機(jī)是重要的機(jī)械設(shè)備之一，它主要依靠起重機(jī)垂直和水平方向的力平衡條件控制機(jī)械運(yùn)行速率，使得機(jī)械設(shè)備能夠構(gòu)建一個(gè)立體的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在不同地區(qū)進(jìn)行空間作業(yè)。現(xiàn)階段，這種機(jī)械設(shè)備已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，是一種可靠性強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單的橋式起重機(jī)[4-6]。目前，這種橋式起重機(jī)已經(jīng)很成熟，產(chǎn)品性能更加多元化。我國(guó)橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)起步較晚，很多技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平相差較大。但是，從社會(huì)具體情況來(lái)看，現(xiàn)階段，橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠?qū)F(xiàn)代工業(yè)的用戶設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)技術(shù)功能融合。當(dāng)前，橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)維護(hù)功能研究較少，技術(shù)維護(hù)人員基本都沒(méi)有進(jìn)行專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，因此機(jī)械設(shè)備使用期間會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，造成潛在的事故。

2 橋式起重機(jī)的特征

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

現(xiàn)階段，橋式起重機(jī)主要以一種板車小車架結(jié)構(gòu)作為基本的數(shù)據(jù)架構(gòu)，以其作為基本結(jié)構(gòu)模板。采用這種小車架構(gòu)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)模板，可以減輕部分零件質(zhì)量，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，適用于小噸位的起重機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)。橋式起重機(jī)大小車結(jié)構(gòu)采用“三合一”的驅(qū)動(dòng)裝置，使得小車結(jié)構(gòu)緊湊，布局分布更加合理化，使得整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)和集中器的前臺(tái)設(shè)置不會(huì)產(chǎn)生干擾作用，也不會(huì)影響傳統(tǒng)的傳輸結(jié)構(gòu)，可以保證啟動(dòng)機(jī)裝置各環(huán)節(jié)緊密運(yùn)行[7-9]。

2.2 零部件質(zhì)量小

采用偏軌箱作為主梁，寬高比為4∶1，使得設(shè)備大筋板間距是主梁的兩倍。主梁與端梁的連接可以優(yōu)化小車起重機(jī)的搭接方式。人們可以利用垂直力使橫梁的上蓋板維持在平衡狀態(tài)，有效降低端梁高度，提高起重機(jī)運(yùn)行效率。橋式起重機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以進(jìn)一步提高機(jī)械工作效率[10-12]。另外，橋式起重機(jī)采用小質(zhì)量的零部件，可以增大小型機(jī)械之間的摩擦力，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)方式，降低運(yùn)行成本。現(xiàn)階段，人們對(duì)起重機(jī)的要求越來(lái)越高，但是技術(shù)的不斷進(jìn)步會(huì)給橋式起重機(jī)的發(fā)展提供更大的發(fā)展空間。

2.3 設(shè)備更加大型化

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備愈發(fā)大型化。作為工業(yè)企業(yè)的重要設(shè)備，橋式起重機(jī)也開(kāi)始變得大型化。很多起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始迎合人們的需求，積極吸取用戶的反饋意見(jiàn)，及時(shí)改進(jìn)機(jī)械設(shè)備。現(xiàn)階段，起重機(jī)采用獨(dú)特的系統(tǒng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集和結(jié)果分析，采用智能操作使得主梁振動(dòng)不影響其他設(shè)備操作，有效延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命，提高國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備大型化設(shè)計(jì)水平[13-15]。

3 變頻調(diào)速控制原理

電動(dòng)機(jī)調(diào)速期間，如果磁力通量太弱，電動(dòng)機(jī)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)磁量磁通飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致磁通電流混亂問(wèn)題，最終造成電動(dòng)機(jī)的損壞[16-17]。因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，磁通量要保持定值，使得交流電機(jī)中的電流與電磁力有序互換。

3.1 變頻器的用途

變頻器主要由主電路和控制電路組成，目前廣泛運(yùn)用在運(yùn)輸業(yè)、石油化工和家用電器等領(lǐng)域，其主要有三個(gè)用途[18-20]。

3.1.1 把固定的交流電轉(zhuǎn)變成可持續(xù)調(diào)節(jié)的交流電。人們要利用變頻器的驅(qū)動(dòng)作用，改變電動(dòng)機(jī)的平滑轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步改變?cè)O(shè)備調(diào)節(jié)模式。不僅如此，技術(shù)調(diào)節(jié)可以節(jié)省設(shè)備維護(hù)成本，提高起重機(jī)運(yùn)行效率。

3.1.2 提高起重機(jī)的技術(shù)含量。風(fēng)機(jī)等設(shè)備可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，改變輸出功率，穩(wěn)定載體的電流，使設(shè)備運(yùn)行快速，節(jié)省能耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。人們要大力應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)，利用變頻器進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。

3.1.3 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)控制。一般來(lái)說(shuō)，變頻器內(nèi)部會(huì)設(shè)置32位或16位的中央處理器，其邏輯運(yùn)算和智能控制性能優(yōu)良，輸出頻率精度高，部分外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)都利用它實(shí)現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)控制。人們要充分運(yùn)用變頻器，提升設(shè)備自動(dòng)化水平和設(shè)備運(yùn)行效率，降低能耗。

3.2 變頻器的控制原理

變頻器主要由主電路和控制電路組成，可以將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。設(shè)備運(yùn)行期間，它可以起到平穩(wěn)直流電壓的作用，降低電路運(yùn)行中的能源消耗。另外，變頻器可以將各種通用電流轉(zhuǎn)化為交流電，完成電路的快速控制，保護(hù)交流器的控制機(jī)構(gòu)。電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)等是起重機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的核心技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。借助這些技術(shù)，人們可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的精確控制，改進(jìn)起重機(jī)設(shè)備。變頻器結(jié)合橋式起重機(jī)的其他零部件進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，優(yōu)化設(shè)備性能。

4 變頻調(diào)速的控制方法

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多，因此要將電動(dòng)機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)與橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)理念相融合，選用合適的調(diào)速控制方法，提高橋式起重機(jī)的運(yùn)行效率。

4.1 恒壓頻比控制

恒壓頻比控制是交流電機(jī)電流轉(zhuǎn)換的重要途徑，主要通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)改變電力使用情況，使電源電壓和轉(zhuǎn)子磁通保持不變，不形成閉合電路。但是，采用變頻調(diào)速控制方法后，橋式起重機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行效率低下的情況，人們要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)采集和應(yīng)用數(shù)據(jù)。

4.2 矢量控制

在實(shí)際運(yùn)行中，人們可以通過(guò)矢量控制來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。其間，交流電動(dòng)機(jī)采用與直流電動(dòng)機(jī)相似的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)一定技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)瞬間的直流電轉(zhuǎn)化。因此，交流調(diào)速系統(tǒng)可以具有直流調(diào)速系統(tǒng)的功能，甚至可以優(yōu)化設(shè)備性能。但在進(jìn)行矢量控制時(shí)，要了解橋式起重機(jī)變頻器的具體參數(shù)設(shè)置，減少系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，同時(shí)制定其他參數(shù)識(shí)別補(bǔ)償方案，改進(jìn)設(shè)備調(diào)試方式，減少設(shè)備維護(hù)成本，減少安全隱患。

4.3 轉(zhuǎn)差率控制

轉(zhuǎn)差率控制是指橋式起重機(jī)的變頻器控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉合環(huán)路，使得機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速變化率與實(shí)際的轉(zhuǎn)速變化率呈同步上升或同步下降的趨勢(shì)。與恒壓頻比控制相比，這種控制方式增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是存在動(dòng)態(tài)電流的位面平移，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用性能，因此人們很少采用這種控制方法進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化。

4.4 變極對(duì)數(shù)控制

為了使電源電壓保持不變，人們可以改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和同步轉(zhuǎn)速，提高橋式起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速率。當(dāng)采用這種控制方法時(shí)，機(jī)械設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變極調(diào)數(shù)，設(shè)備一旦運(yùn)行，磁極對(duì)數(shù)會(huì)減少一半，同步轉(zhuǎn)速會(huì)提高一倍，通常，人們可以改變電機(jī)極數(shù)，調(diào)整磁極對(duì)數(shù)。與其他控制方法不同，橋式起重機(jī)不是直接通過(guò)控制電流或磁極來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，而是通過(guò)改變?cè)紨?shù)據(jù)并將其作為矢量，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)橋式起重機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視各種新型技術(shù)的應(yīng)用。變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊，可以有效地促進(jìn)我國(guó)工業(yè)進(jìn)步，提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平。而基于PLC控制的變頻調(diào)速可以從起重機(jī)領(lǐng)域拓展到其他領(lǐng)域，以提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

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