关于PLC和变频器应用于桥式起重机的探讨

茆林艳

（江苏省盐城技师学院电气工程系 江苏 盐城 224002）

摘 要：桥式起重机俗称行车，是工矿企业应用非常广泛的起重机械。传统的桥式起重机为了提高起动转矩，采用绕线式异步电动机拖动，通过鼓形凸轮控制器的操作来改变其转子所串电阻调速。本文主要介绍了PLC和变频器在桥式起重机上的应用。

关键词：PLC；变频器；运行机构；程序；功能扩展

随着新技术和控制设备的发展，现在人们普遍采用变频器作为变频调速电源，用笼形异步电动机取代原来的绕线异步电动机，用PLC作为控制装置进行无触点控制。从而改善了调速性能，增加了系统的可靠性。本文通过一个实例分析变频器和PLC在系统中的具体应用。

1、桥式起重机拖动系统

1.1 桥式起重机的运行机构

1）大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动（以司机的坐向为参考）

2）小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动。

3）吊钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动。大型起重机（超过10t）有两个起升机构：主起升机构（主钩）和副起升机构（副钩）。通常主钩与副钩不能同时起吊重物。

1.2 负荷特点

桥式起重机的拖动系统负载都属于恒转矩性质，且其起升机构为位能性负载，当起升机构起吊重物下降或者快速减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。需要将电能通过反馈装置反送给电网或消耗在制动电阻上，以防直流处的泵升电压影响制动效果。

1.3 控制要求

1）起升机 构要求起动转矩大，起动运行平稳。能够实现正反转运行且要有超载、限位、限流等多种保护。

2）起升机构在启停过程中易出现“溜钩”问题。

由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要时间（约0.65），而电动机转矩的产生或消失，是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因此，制动器和电动机在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。因此要有相应的防止措施。

起升机构中要有机械制动器。起重用变频器具有零速全转矩功能（又称零伺服功能，即零速时电动机仍能输出150%的额定转矩，使重物停在空中），但是若重物停在空中时出现电源瞬间停电等情况，就会有重物下滑的危险。因此，电动机轴上必须加装制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。

2、PLC、变频器的系统应用

2.1系统配置

1）变频器。桥式起重机的平移机构对拖动系统的性能要求不高，为了节省成本，选用V/F控制方式的通用變频器即可满足要求。

起升机构要求有较高的起动转矩和调速性能，采用带速度反馈的矢量控制型变频器。这类变频器种类很多，本文以安川VS一616G5 变频器为例分析。

该变频器具有零速全转矩功能，这就保证了吊钩由运行状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将电动机轴抱住为止，从而防止了溜钩。

2）PLC可选择日本三菱的FX卫N一08MR。

3）平移机选用普通电机；主副提升机构都采用变频电机并装有光电编码器，变频器附有PG一理速度反馈控制卡与光电编码器相连接；为了保证足够的启动和运行力矩，主提升机构的变频器一般比电动机容量放大一个等级（若电动机为90KW，则变频器的容量可选110KW）；变频器的制动单元应加大一个档次，以便允许有较大的制动电流，缩短制动过程；制动电阻的额定功率应加大一倍。

2.2 系统图

主起升机构系统图略。PLC端子及控制关系说明：上述系统中PLC为控制中心，它的输人信号来自主令控制器（用以控制主钩电动机的正反转和多段速及零位保护）和变频器（故障输出、制动器控制信号），以及超载、限位等检测信号。它的输出信号控制变频器和主电路（制动器、风机、变频器电源电路）的通断。

变频器的各端子说明如下： 1：正转 ； 2：反转；3：外部故障（制动电阻过热保护）；4：故障复位；5：多段速1，6：多段速2；7：多段速3；8：点动；n：多功能输人端子（5～8）的公共端；25：零速；26：速度一致；27：集电极开路多功能

2.3 PLC程序

本系统PLC程序为一般的顺序控制程序，其中的关键是要理清系统工作过程中实际需要的控制关系，以及把主令控制器的运行及速度指令逻辑转换为三位二进制输出给变频器多段速输人端。

2.4 工作过程

系统上电后，在无故障反馈情况下，司机室驾驶员通过联动台的主令控制器发出操作指令信号给PLC，PLC根据内部程序的执行结果输出给变频器正反转和多段速输人端，从而控制主钩的升降运行和变速。

2.5 溜钩的防止

Vs 一 616 GS 矢量控制型变频具有零速全转矩功能，在设计桥式起重机起升机构时只需考虑PLC和变频器的适当配合，即可圆满解决“溜钩”问题。如本例中可以利用集电极开路输出端的“零速”、“速度一致”信号分别控制机械制动器的抱闸和松闸，或者用“频率检测信号”作为机械制动器的松合闸控制指令。但都需要参数设置与之相配合，以取得制动器与电动机运行之间的最佳配合。

2.6 功能扩展

1）如果需要，可在PLC输人端连接遥控器对桥式起重机的拖动系统进行控制。

2）可以配置触摸屏或液晶显示器对系统的主钩高度、载荷、运行状态、故障状态等进行监视。1毛一扮卡输出脉冲到PLC高频脉冲输人端，经SPD脉冲速度计算指令计算用于速度控制和显示。PLC与触摸屏通过R32串行接口相连，Pl刃中的接口程序在PLC中为触摸屏设立数据读取区及相关状态标志，用于触摸屏的监视。

2.7 系统保护

该系统中，变频器本身具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，对主起升机构来说，变频器驱动一台电动机，所以变频器的输出可以直接连接电动机而不必接热继电器作过载保护。线路主回路中接有总接触器和分接触器，它们除了通断线路的作用外，还兼有短路、过载、欠压等多种保护。司机可以通过联动台中的启停按钮控制总接触器进而控制总电源的通断，在无法用接触器通断电路的情况下，可以通过急停开关接通总断路器的分励脱扣线圈来断开电源电路。另外在总电源控制回路中还串有门限位开关和钥匙开关作为安全保护措施。

3、结束语

有了功能完善、性能稳定可靠的PLC和变频器的有力支持，桥式起重机在可靠性、调速性能、节能和运行效率等方面与传统的桥式起重机相比有了很大提高，PLC 和变频器构成的桥式起重机系统成为目前桥式起重机的典型设计模式，应用非常广泛。

参考文献

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