PLC和变频技术在交流桥式起重机控制中的应用

孙世顺　白雪松

摘  要：桥式起重机简称天车，是冶金企业生产的重要设备之一。为了满足冶金企业快节奏的生产流程需要，桥式起重机也得到了创新发展，尤其是PLC和变频技术在桥式起重机应用后，实现了精准提速，推动了冶金企业的发展。对于冶金企业相关技术人员来说，为了更好地发挥PLC和变频器技术在桥式起重机中的作用，需要对相关技术进行深入了解。基于此，本文对PLC和变频技术在交流桥式起重机控制中的应用进行研究，仅供参考。

关键词：冶金企业;起重机;PLC和变频技术;应用

引言

随着智能控制技术、电力电子技术以及变频技术的不断发展，冶金企业生产过程中所应用的起重机也得到了长足进步。以PLC控制器为核心，利用变频技术、智能仪表技术实现起重机四象限运行，速度控制精确、可靠，可通过HMI人机界面直观监测起重机运行状态以及运行行程，有较完备的故障监测及显示系统。冶金企业中起重机的主要动作有正向提升、正向下放、反向提升、反向下放四个，即往复运动。以PLC控制器+变频器的模式，对起重机的运动进行控制，达到平滑调速、提高调速精度，提升冶金企业产线生产节奏。

1、PLC控制系统相关概述

在冶金企业中，为满足起重系统的控制要求，设计了基于PLC的起重机控制系统。系统主要由电源、PLC、监测控制系统、操作控制单元、变频器、电动机、旋转编码器、减速器和卷筒等9个部分组成。电源部分为PLC及变频器、电动机等系统主要组成部分提供电压，操作人员通过控制操作控制单元按钮完成PLC控制系统命令下发，并通过Modbus通信协议完成与变频器的控制及通信，并由变频器实现对电机的控制，电机的输出端经过减速器与卷筒进行连接，以实现货物提升功能。在电机运行过程中，旋转编码器监测电机转速，变频器通过通信线将当前电压、电流信息传输给PLC，与此同时通过监测控制系统可以实现对货物重量、货物提升位置、系统电压和绳索的状态等多个状态检测，避免卷线和松动的发生。

2、变频技术相关概述

变频技术主要是将冶金企业设备运行需要的交流电转换成直流电，再将直流电进一步转化成不同频率的交流电或者直流电来逆转换成多种频率的交流电，这是一种全新的技术手段，也是需要不断探索完善的技术。除此之外，在转换过程中不会产生电能的变化，反而只存在电流频率的变化。这种变频技术就可以很好的满足交流电电机实现无级变速的要求，同时还会实现对电机控制器的敏感监测，可以有效的达到控制电流频率的效果，真正做到了功率变化随产量改变的目标，这也能进一步实现节能的目的。

对于变频技术原理来说，主要是冶金企业机电设备在运转过程中实现不同功率的工作要求。因此，为了让电机提供的功率和实际运输所需要的功率达到一致，这就需要变频技术来实现。在实际操作过程中，可以利用半导体元件来将交流电转化为直流电，进而利用张力变送器将张力转换成4-20mA的直流电，产生的电流会当做是模拟信号进而传输给张紧设备，同时还能进行自动放大或者补偿电流模拟信号来实现对传输带和绳阻之间的摩擦阻力偏差值校正，可以真正实现对频率的控制和转化。不仅如此，张力控制还有较强的敏感度，这个特点就可以帮助设备在极少的时间内实现对张力调节的反应，还能进一步保障张力控制的准确度和有效性。

3、PLC和变频技术在交流桥式起重机控制中的应用

3.1 PLC和变频技术在起重机中的应用

在冶金企业生产过程中，为了满足各工序快节奏生产，起重机的应用是必不可少的，桥式起重机小车工作系统主要作用是利用吊钩的水平位移来微调其它物体的运行速度和轨迹等参数，在其运行期间并非都是满载的，其一般是满载与空载交替运行，这种情况下，就可以应用变频节能技术，针对起重机满载/空载的不同情况，对功率进行调整，将该技术与智能化操作平台结合在一起，这样在满载与空载情况下提供不同的功率，既可以有效的保证设备运行效率和质量，还能够降低起重机运行期间消耗的电能，节约能源资源。

3.2 将凸轮控制器控制改造为主令控制器+PLC+接触器控制

只需要采取一个三挡位的主令控制器与两只升降控制按钮作为操作器件，就可以达到用PLC及接触器模拟凸轮控制器的工作。其电路优越性是：①保留原有的电阻器和控制方式不变，使操作者没有不适应的感觉;②节省了控制器的控制触点，降低了故障率;③使用接触器配合实现远距离控制，大大减少了触头的烧损;④可靠性高，且控制方便，劳动强度大大降低;⑤通过改造控制器，节省了PLC的输入接口，提高可靠性和经济性;⑥用PLC控制，大大提高电路控制的可靠性，且可缩短改造周期，维修方便;⑦利用主令控制器代替凸轮控制器控制，可以提高控制器的寿命，减少凸轮控制器来回转动产生的磨损或机械卡死的故障。在设计时，为了节省PLC的输入、输出接点，提高PLC的经济性，可对输入、输出接口的分配作适当的调整：①可把舱门、端梁及栏杆门安全保护的常开触头串联在一起后接在端口，一样达到控制要求;②可把过电流保护的各台电动机的过电流继电的常闭触点串联后接在输出接触器线圈的公共回路，实现控制功能;这样不用占用PLC的输入接点，从而可以大大节省PLC的输入接点。值得注意的是：若将过电流继电器作为输入信号看待，把它接在输入端口时，应接成常开触点，便于理解原理图;否则，若在PLC外部将其接成常闭触点，那么梯形图中就应该画成常开触点。电路的安全保护主要体现在电源的控制上：一是只有所有操作开关均位于零位才能接通系统电源，故设计时利用启动按钮与零位开关串联作为条件驱动主控指令，使系统受控于电源启动，达到总控制的作用;二是系统的所有极限安全位置开关、急停开关、舱门、端梁及栏杆门保护开关均与总电源串联，实现总电源保护控制作用。由于系统要求所有门开关必须可靠闭合，系统才能通电工作，故门开关采用了常开触点，确保人身安全。

结束语

综上所述，在冶金企业中，PLC和变频技术是各工序高效生产的关键技术之一，直接影响着起重机的运行效率和节奏，同时基于这一优点，PLC和变频技术还在集控系统、采矿机等方面得到了较好应用。虽然目前起重机电设备中的变频节能技术还没完全普及，但是其低消耗、安全性的优势可以促进冶金企业的发展，与生态的保护达到双赢的结果。除此之外，将变频节能技术和起重机结合到一起，还能有效的提高设备的稳定性和运行效率，延长设备的使用寿命，这也有利于降低对设备的保养和维修成本，促进冶金企业的长远发展。

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