PCL与变频器在桥式起重机电气控制系统改造中的应用研究

刘正峰　张小可　姬予宁　甘欢庆

摘 要：在新时代背景下，越来越多的行业获得了长足发展，越来越多的企业处于不断革新中。桥式起重机的出现和应用，能够帮助各个企业提高工作效率和水平。但是，桥式起重机的工作环境一般都比较恶劣，反转、制动等各项操作十分频繁，还有一定的调速范围，具有传统特点的计量控制和串电阻调速，已经出现了许多缺点，要科学改造生产机械。文章主要对PCL与变频器在桥式起重机电梯控制系统改造中的运用，进行认真分析和研究，希望为相关工作人员提供参考与借鉴。

关键词：PCL;变频器;桥式起重机;电气控制系统改造

中图分类号：TM571.61;TH215 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.017

在新时代背景下，大众对自己的生活质量、产品质量等各方面都加强了关注，并且提出了更高的要求。电子技术、微电子技术应运而生，并且凭借自身强大的优势与特点得到了广泛应用。PCL控制技术与变频调速技术，凭借自身可靠性高、运行平稳的特点在传动领域中获得了关注，并且受到了一致好评。基于此，文章主要对PCL与变频器在桥式起重机电气控制系统改造中的运用进行了深入探讨。

1 桥式起重机控制要求

通过认真分析和深入研究桥式起重机的运行部分，发现支护主要包括三个方面，即大车运行机构、小车运行机构和升降机运行机构。大车运行机构能够完成桥式起重机水平方向的前、后移动，主要使用两台电动机，因为大车运行的速度非常缓慢，变频器的运行效率偏低。因此，两台电机使用一台变频器控制功率，按照电机功率确定。

小车运行机构完成桥式起重机水平方向的左、右运动，在正常情况下，都会选用一台变频器单独驱动，想要确定变频器的功率，还要由电机功率确定。

升降机运行机构主要完成重量较大货物的升降运动，用一台电机，选择一台专用变频器驱动。

2 桥式起重机拖动系统的主要特点

桥式起重机拖动系统负载属于恒转矩性质范围中，当起升机部分吊起货物或者减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。通过反馈装置将自身作用全部发挥出来，电能输送给电脑或者消耗在制动电阻上，避免直流侧的上升电压，对最终效果产生影响。

起重机构提出了更高的要求，启动运行要非常平稳。要有与之对应的方法策略，避免起升机构在启动或者停止过程中出现溜钩等问题，起重机构中还要有机动制动器存在。

3 PCL控制系统的主要特点

PCL还有一个非常响亮的名字，就是可编程控制器。其具有强大的功能，而且具有使用方便、简单等优势与特点，在工业自动化设备中扮演着重要角色，占据着关键位置，并且得到了广泛应用，获得了一致好评。

3.1 抗干扰能力强

通过对具有传统特点的继电器控制系统分析可知，其中运用了非常多的中间继电器、时间继电器，因为线路极其复杂，而且接点接触不良的问题，增加了故障出现的概率。这时，PCL软件替代了中间继电器和时间继电器，只是连接输入、输出相关的硬件元件，使接线变得更加简单灵活，而且降低和减少了因接点接触不良而出现问题的可能性。

3.2 系统设计安装等工作量小

PCL憑借软件功能，替代了继电器控制系统中的很多中间继电器、时间继电器。此系统无论是设计还是安装等各项工作的工作量都非常小，降低了相关工作人员的劳动强度，并提高了工作水平与效率[1]。

3.3 为后期维修工作打下良好基础

PCL发生问题的概率很小，并且还具有完善性特点的故障诊断功能，能为后期维修工作打下良好基础，提供强有力的数据支持与帮助。

3.4 节约能耗

比较PCL系统与继电器控制系统，发现二者之间有着较大差异。PCL系统中没有很多中间继电器、时间继电器等元器件，使得控制柜体积不再像以前那样庞大，而且配线非常简单、用量极少，可以节约大量能耗，为企业节省支出费用[2]。

4 桥式起重机电气控制系统的主要情况

将桥式起重机加入到工业企业发展过程中后，其主要工作包括：把铁水分离至十吨电炉中，在其中加入废钢、合金进行调温，当炉内铁水的温度已经满足相关要求后，桥式起重机再把球化铁水分配到离心机进行浇筑。

电气控制系统中的缺点主要包括：其一，电机转子串电阻调速会消耗大量电能，而且可以调速的范围非常小，平滑性偏低;其二，继电器接触器控制系统在多次切换下，可能会出现冲击电流极大、所串电阻烧毁和断裂等各种问题，增加安全事故出现的几率;其三，因为平滑性偏低，对联轴器刚失常产生的影响非常大，缩短了专业设备使用寿命;其四，系统抱闸在运动状态下进行，对制动器伤害很大，甚至导致闸皮磨损严重。

因为桥式起重机的工作环境非常恶劣，无论是空气中的有害气体，还是石墨、碳粉，都会对电机滑环、接触器等各部分产生极大影响与破坏。加之桥式起重机每天的工作量很大，因此增加了安全事故发生的概率。将30天作为生产周期，发生问题的次数可以达到5次，对正常生产产生了极大影响。应用怎样的方法，才可以将出现的问题妥善解决，是每一位工作人员亟待解决和深思的问题。将PCL作为主控制装置，再运用变频器调速，呈现出的效果会更好[3]。

5 改造方案分析

5.1 PCL型号的选择及专业设计

由专业工作人员把起重机电控专业设备输入输出信号接入到PCL的I/0模块，再结合具体工作情况对PCL编程。

其一，PCL有启动功能，桥式起重机操作人员在专业设备启动前，要将控制器全部切换到零位、进出门的门限开关到位，之后接通主电源。操作主令开关上有专业设备状态显示屏，将设备实际状态及各种问题信息全面显示在工作人员眼前。

其二，主钩、副钩全部由钢制成，提升限位超重、限位保护，无论是大车还是小车，都有行程开关、保护各个专业设备的保护动作，只产生一定影响，不会限制其他设备。

其三，变频器的问题较多，接入到PCL，任何变频器出现问题，只会对拖动动作产生一定影响。

其四，吊钩的升高与降低和小车前行与后退、大车左行与右行的操作互锁。

其五，在实际操作过程中，不用对大车和小车进行实际定位[4]。

5.2 变频器的选型工作

为了降低和减少变频器中出现的瞬间多电能情况，要给每一台变频器都增加一台与之对应的进线电抗器。变频器在电机制动过程中，有时会处在再发电运行状态中，这时需要制动电阻消耗这一部分带来的能量。因为变频调速系统在重物下降的情况下，会第一时间进行电机制动，导致电机处在再发生运行状态中。所以，需要在变频器直流回路中接入自动电阻，消耗这部分的再生电能，并大幅提升电机的制动能力，使运行过程中的大车、小车、吊钩迅速回到零的状态当中[5]。

5.3 变频调速的控制重点和要点

在桥式起重机控制系统中，还要加大对溜钩问题的控制力度。液压抱闸抱住电梯前和松开后的瞬间极易出现重力，因此处在停止状态可能会出现溜钩问题。

其一，桥式起重机停止控制的重点。通过精准设定停止的频率、维持的时间等各项内容，变频器的工作频率下降到一定比率时，就会迅速给出频率到达的信号，将液压抱闸断定指令快速发出，延迟液壓抱闸释放，使变频器工作频率下降到零的状态。

其二，起重机升降控制的重点。设置出升降起始频率以及检测电流时间，当变频器已经到达设定数值时，就要对电流进行查看，以此确定电流已经达到相关要求与标准。出现的力矩可以抵消下降力矩，发出的抱闸松开指令，可以使液压抱闸通电松开。

其三，自动转矩提高设置工作。进入调试过程后，要结合具体情况适当提高中频电压，改善低频特点，提高启动转矩[6]。

6 各模块的实际功能

改进后的桥式起重机，在控制系统中，PCL控制系统的主要任务是接收开关信号的输入，以及对当前系统中的内容进行认真判断，分析输出信号控制接触器、继电器等器件，有序完成发布的任务。

PCL系统还接受上级未给予的命令，以自动方式采样。运用模块化的方法，程序共分为四个模块，具体如下：

其一，按钮处理模块。控制各个电动机和电磁阀的启动、停止。

其二，通讯模块。总系统是由PCL控制变频器完成对电机的控制，所以通讯模块将控制器、按钮开关等发出的所有指令汇集在CPU中进行计算，将程序运算出的最终结果通过模块发送给变频器等专业设备，最后帮助驱动电动机完成相关工作[7]。

其三，PID控制模块。据了解，桥式起重机主、副起升机构速度的控制工具非常重要，相关工作者要对此加强关注与重视。此系统主要通过旋转编码器判断测量电动机运行速度，由最初的数字转换器变成数字量。最后，向变频器传递，将其与已经设定好的速度比较，通过应用PID控制计算方法，呈现出较好的效果。

其四，故障报警模块。为快速显示故障与问题细节，保证整体系统有条不紊地运行，此系统要大幅提高自身能力，并具备故障报警分析能力。

在PCL程序设计过程中，要对与之对应的传感器输出信号进行专业扫描。假如有变频器故障问题出现，应第一时间将此设备的电源切断，并且蜂鸣器可以立刻发挥作用进行报警。分析到工业企业的现场噪声非常大，极有可能对预警产生一定影响，在程序中可以运用延迟报警控制，也就是当报警信号持续一定时间后，才确定出现问题[8]。

7 PCL控制系统的实际效果

首先，运用变频调速，帮助平滑调速真正实现减速，呈现出的效率较高。通过将其与串电阻调速方式比较，发现其更加平稳，而且在定位方面也十分准确。同时，通过操作水准将自身作用全部发挥出来，调整控制变频器的输出，让操作变得更加方便、简单，应用科学方式设置运行的实际速度[9]。

其次，系统中运用的是性能非常高的变频器及专用提升机，帮助变频器在零速时满转矩输出，以及内部集成的爆炸逻辑控制，可以使系统在运行过程中更加稳定、可靠。同时，卷扬大小车启动自动加速等过程有序、顺利进行，定位也十分准确，帮助企业节约大量电能[10]。

最后，控制回路简单、方便，真正实现了软起、软停，对电机等没有任何影响和冲击。其更是降低和减少了故障发生的概率，还为后期维修工作打下了良好的基础，帮助企业节约大量维修费用[11]。与此同时，电机启动、停止时的冲击电流，是最让相关工作人员感到棘手的一个问题。PCL控制系统能够解决此问题，再加上变频器保护了电机，在提高行车稳定性等方面具有重要作用和意义，延长了使用时间[12]。

8 结语

简而言之，通过PCL与变频器的完美融合，改造桥式起重机电气控制系统，大幅提升起重机性能，使桥式起重机在操作过程中更加平稳、安全，保证在工作过程中被吊起的物件定位更加准确，还降低了启动时对电网的影响和冲击。通过应用变频器调速，加上PCL将自身作用全部发挥出来，真正在控制室对电机进行远程控制参数、行走系统的各档速度控制等，更是降低了相关工作人员的劳动强度，保证其在工作过程中更加方便、快速。变频器一旦出现任何问题，人机界面上都能及时显示，降低和减少安全事故发生的概率。

参考文献

[1] 何伟.数字控制系统在桥式起重机上的研究与应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2018.

[2] 周伟.优化升级80/20t桥式起重机电气控制系统[J].天津冶金，2009（1）：23-25，47.

[3] 胡艳丽，董爱华.PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用[J].自动化博览，2009，26（5）：86-87，97.

[4] 曾倩.基于PLC和变频器的桥式起重机电气控制系统改造[J].科技视界，2013（24）：329-330.

[5] 张玉湖，张利，李胜周，等.PLC与变频器在桥式起重机电气改造中的应用[J].现代制造技术与装备，2010（1）：61-62，68.

[6] 郭会创.PLC在桥式起重机控制回路中的应用[J].科技创新与应用，2014（1）：114.

[7] 王吉明.造船龙门起重机电气控制系统的设计与应用[D].上海：华东理工大学，2011.

[8] 邢秀琪.PLC在桥式起重机控制回路中的应用[J].现代职业教育，2015（5）：30-31.

[9] 董金波，任思璟.基于组态软件的桥式起重机监控系统研究[J].实验技术与管理，2012，29（6）：112-114，129.

[10] 刘小庆.基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用[D].武汉：武汉科技大学，2005.

[11] 吴曼，张凤璐.可编程控制器在桥式起重机变频控制系统中的应用[J].黑龙江科技信息，2011（5）：75.

[12] 栗小宽.PLC和变频器在桥式起重机中的应用[J].科技资讯，2012（5）：84.