PLC與變頻器在橋式吊車改造系統(tǒng)中的應(yīng)用

分析了橋式吊車的控制要求，針對(duì)傳統(tǒng)橋式吊車故障的原因，介紹了利用變頻器結(jié)合PLC對(duì)其進(jìn)行改造的可行性及實(shí)現(xiàn)方法。

1 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC、變頻器在工廠設(shè)備改造中得到了廣泛應(yīng)用。橋式起重機(jī)由于工作環(huán)境比較惡劣，而且重載下頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、變速等操作，還要求有一定的調(diào)速范圍，所以傳統(tǒng)的繼電控制和串電阻調(diào)速已呈現(xiàn)出許多的缺點(diǎn)，對(duì)這一類生產(chǎn)機(jī)械的改造已十分必要。

2 原設(shè)備的基本情況

某石油化工煉油廠焦化車間的抓斗式橋式吊車用于石油焦堆放場(chǎng)，將石油焦從地面抓放到停放在附近的列車上。橋式吊車電氣傳動(dòng)共有大車電機(jī)2臺(tái)，小車電機(jī)1臺(tái)，抓斗電機(jī)1臺(tái)，抓斗提升電機(jī)1臺(tái)，均為繞線式交流電動(dòng)機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動(dòng)和調(diào)速。由于工作環(huán)境惡劣，粉塵和有害氣體對(duì)電機(jī)滑環(huán)、碳刷及21個(gè)接觸器腐蝕較大，加上任務(wù)重，操作程序難以保證，沖擊電流大，觸頭消蝕嚴(yán)重，碳刷冒火，電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時(shí)有發(fā)生，平均每月發(fā)生較大的故障2.5次，對(duì)生產(chǎn)影響較大.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果差，所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低，因此要從根本上解決橋式吊車故障率高的問題，只有利用PLC作為控制裝置以及徹底改變繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速方式。

3 改造后系統(tǒng)的基本情況

3.1 系統(tǒng)的組成

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，由于本系統(tǒng)主要是一些邏輯控制，所以以PLC作為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)的輸入26點(diǎn)，輸出點(diǎn)27點(diǎn)，可選用三菱FX2N-64MR，該型號(hào)是PX系列中功能最強(qiáng)速度最快的PLC，它有32個(gè)輸入點(diǎn)，32個(gè)輸出 點(diǎn)，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器為8K步，系統(tǒng)的組成原理圖，如圖示1。

圖1系統(tǒng)原理圖

對(duì)于橋式吊車抓斗的開合、提升、大車、小車電機(jī)分別用四臺(tái)FRNIC5000G7型變頻器拖動(dòng)；對(duì)抓斗的開合電機(jī)、提升電機(jī)由原來45KW的繞線式電機(jī)改為30KW鼠籠型電機(jī)，大車小車的配用電機(jī)不變，但將轉(zhuǎn)達(dá)子繞組引出線短路，去掉碳刷和滑環(huán)；為使工作安全和可靠，防止因停電、變頻器跳閘或制動(dòng)單元失靈而導(dǎo)致起吊物下砸出現(xiàn)危險(xiǎn)，原有機(jī)械抱閘制動(dòng)裝置仍保留。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)的工作情況

橋吊中電機(jī)所帶負(fù)載都為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，抓斗開合、大車、小車電機(jī)都運(yùn)行在1、3象限，均為電動(dòng)狀態(tài)，抓斗提升電機(jī)可運(yùn)行在1、3、4象限，采用變頻調(diào)速，機(jī)械特變硬，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。

橋式吊車的速度調(diào)節(jié)可利用變頻器的多級(jí)頻率選擇功能，將FWD、CM接通則正轉(zhuǎn)，REV、CM接通則反轉(zhuǎn)，將X1、CM，X2、CM，X3、CM三對(duì)端子分別接通，或其中兩對(duì)或三對(duì)同時(shí)接通，可得7種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個(gè)方向各6種速度。

應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的要求，為照顧操作習(xí)慣，橋吊的轉(zhuǎn)速控制仍采用原來的主令控制器和凸輪控制器。利用主令控制器的五對(duì)觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉(zhuǎn)速。電機(jī) 加減速的時(shí)間可以通過變頻器的設(shè)定來進(jìn)行改變。

3.3 PLC控制接線及程序設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)有五臺(tái)電動(dòng)機(jī)、四臺(tái)變頻器，PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，各變頻器與PLC的連接情況類似，為說明問題，在此僅以抓斗提升變頻器與PLC的連接為例，說明其工作情況。系統(tǒng)中PLC的部分I/O分配如表1所示。

表1 部分I/O分配表

PLC與提升電機(jī)變頻器的連接情況如圖示2。

圖2提升電機(jī)變頻器與PLC 的接線

由于系統(tǒng)中五臺(tái)電機(jī)（其中M3、M4是并聯(lián)運(yùn)行，兩者控制情況完全一樣）的運(yùn)行情況主要由輸入直接控制，所以系統(tǒng)的梯形圖程序的設(shè)計(jì)可以根據(jù)各輸入和電機(jī)的運(yùn)行關(guān)系采用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，利用起保停電路直接由輸入信號(hào)得到各電機(jī)和制動(dòng)電磁鐵的得電和失電情況，程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，在此不作詳細(xì)介紹。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，改造后的系統(tǒng)性能得到了很大的改善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的鼠籠式電機(jī)取代繞線式電機(jī)，避免了因滑環(huán)、碳刷磨損或腐蝕引起接觸器不良而造成電機(jī)損壞或不能起動(dòng)的故障；交流接觸器的數(shù)量由原來的21個(gè)減速少到5個(gè)，電機(jī)主電路實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化，避免了因頻繁動(dòng)作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障；采用變頻調(diào)速，運(yùn)行效率高，節(jié)能；機(jī)械特性硬，負(fù)載變化時(shí)，各檔速度基本不變，輕載時(shí)不會(huì)因操作不當(dāng)而出現(xiàn)下降變?yōu)樯仙氖Э噩F(xiàn)象；可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，很方便地調(diào)整各檔速度和加速時(shí)間，使吊車操作更加靈活，反應(yīng)迅速