吳炳章

福建省特種設(shè)備檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000

PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

吳炳章

福建省特種設(shè)備檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000

橋式起重機(jī)在生活中應(yīng)用非常廣泛，它主要是將物體進(jìn)行移動，在空間進(jìn)行轉(zhuǎn)運，它的順利操作大大提高了工作效率。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，變頻器技術(shù)得到了快速發(fā)展，在實際的操作中廣泛應(yīng)用。在起重機(jī)控制系統(tǒng)運行中，將變頻器進(jìn)行驅(qū)動，變頻器會控制發(fā)電機(jī)，帶來的電流沖擊力非常小，運行速度比較平衡，升降或者轉(zhuǎn)移方向定位非常精準(zhǔn)，提高設(shè)備工作質(zhì)量和工作效率。本文主要闡述了變頻器技術(shù)在施工中的應(yīng)用以及PLC和變頻器技術(shù)在工作中的進(jìn)一步改造，分析了變頻器技術(shù)的控制構(gòu)造，采用這種技術(shù)對起重機(jī)控制有哪些使用效益。

PLC控制技術(shù)；變頻器；橋式起重機(jī)；應(yīng)用

1 系統(tǒng)控制要求及設(shè)計

1.1 橋式起重機(jī)介紹及系統(tǒng)控制要求

橋式起重機(jī)主要是將物體在空間內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移或者使物體升降以滿足工程施工需要，它的內(nèi)部運行結(jié)構(gòu)主要是主起升和副起升運行設(shè)備以及運行機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)的運行機(jī)構(gòu)由大車運行機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)兩部分組成，大車的運行機(jī)構(gòu)主要控制前后運動方向，小車的運行機(jī)構(gòu)主要是控制左右運行方向，依據(jù)運行的速度可以使用四個檔，在運行的過程中加速時間或者減速時間控制在三到六秒內(nèi)。一般情況下，小車的運行機(jī)構(gòu)只需要1臺電動機(jī)就可以進(jìn)行操作任務(wù)，但是大車的運行機(jī)構(gòu)就需要2臺到4臺電動機(jī)才可以進(jìn)行操作任務(wù)。大車運行和小車運行時發(fā)出的慣性非常大，可能在操作中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)在發(fā)電時產(chǎn)生電壓，所以在它們運行時需要配置制動電阻來控制能量，或者配置制動控制單元來達(dá)到控制能量的目的。

1.2 設(shè)計要求

起重機(jī)控制系統(tǒng)在設(shè)計中加入了PLC控制技術(shù)，起重機(jī)的運行機(jī)構(gòu)需要采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，在調(diào)速時不斷的接收PLC發(fā)出的控制信息。在實際的操作中，會出現(xiàn)諧波污染問題，為了減少這種情況，需要在每一個運行中的變頻器安裝電抗器，這樣就可以解決諧波問題，也控制了電流峰值，同時很好地保護(hù)了整流二極管的使用，增加了二極管的使用年限。在電源的輸入端口要安裝斷路器，以解決變頻器出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

1.3 改造后控制系統(tǒng)基本情況

將起重機(jī)的調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)一步改造后，運行結(jié)構(gòu)主要是PLC控制系統(tǒng)也稱下位機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)也稱上位機(jī)系統(tǒng)、變頻器調(diào)速系統(tǒng)。下面對一些控制機(jī)構(gòu)進(jìn)一步介紹。

1.3.1 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)在實際的運用中也叫負(fù)載機(jī)構(gòu)，它的主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)中的兩臺發(fā)電機(jī)需要各自使用一個變頻器進(jìn)行操作。變頻器的使用需要選擇以額定電流為標(biāo)準(zhǔn)的變頻器，通常情況下選擇以發(fā)電機(jī)的固定電流、電動機(jī)的負(fù)載率或者是變頻器的運行速度等為依據(jù)來選擇。另外，起升機(jī)構(gòu)需要采用PG的控制方式進(jìn)行運行控制，PLC會自動接收發(fā)電機(jī)的編碼器傳達(dá)的信息，這樣就不會出現(xiàn)吊鉤下滑現(xiàn)象。

1.3.2 運行機(jī)構(gòu)

起重機(jī)的控制系統(tǒng)中，它的主升機(jī)構(gòu)和副升機(jī)構(gòu)中的兩臺發(fā)電機(jī)可以同時使用一個變頻器。在實際的操作中，起重機(jī)的運行機(jī)構(gòu)使用的比較少，為了降低成本，在進(jìn)行調(diào)速控制中，可以同時使用一臺變頻器，這時的變頻器選擇，應(yīng)該以發(fā)電機(jī)的定額功率為依據(jù)進(jìn)行選擇，一般是選擇定額功率偏大一些的，在運行中更能發(fā)揮效果。

2 PLC與變頻器的通訊設(shè)計

使用變頻器對起重機(jī)運行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)速，因此，控制系統(tǒng)的改造實際是對其變頻器的進(jìn)一步控制，PLC技術(shù)支持多個通信信息或者協(xié)議，包括企業(yè)專用協(xié)議和通用協(xié)議兩個方面。操作中用工業(yè)觸摸屏控制系統(tǒng)對起重機(jī)進(jìn)行調(diào)速，通過MPI接口卡與PLC進(jìn)行連接，形成很小的MPI網(wǎng)點，然后通過S7-200將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)饺藱C(jī)界面，數(shù)據(jù)的傳遞速度為188KB∕S。

2.1 上位機(jī)與PLC之間的通信設(shè)計

在系統(tǒng)的硬件設(shè)計上，上位機(jī)與PLC需要連接，同時對PLC進(jìn)行集中控制和監(jiān)控管理。在軟件設(shè)計上，上位機(jī)與PLC之間通過數(shù)據(jù)變量進(jìn)行交換，達(dá)到交換通信信息的目的。

2.2 采用USS協(xié)議指令的編程順序

在控制系統(tǒng)中，通過采用USS-INIT來轉(zhuǎn)換或者改變USS通訊信息及數(shù)據(jù)參數(shù)，USS-INIT協(xié)議用在用戶程序中，它可以自動的把隱藏的一些子程序編制在程序內(nèi)，形成激活的變頻器，這些都可以自動的在后臺軟件上進(jìn)行分區(qū)控制，以避免變頻器并聯(lián)發(fā)生故障。

通過上述的方法分析，控制系統(tǒng)在改造以后就會很好的控制網(wǎng)帶的運行速度，隨時看到變頻器的運行狀態(tài)。

3 PLC控制系統(tǒng)中各個模塊在改造中應(yīng)用

橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)在進(jìn)行改造以后，PLC技術(shù)的主要任務(wù)是接收按鈕開關(guān)發(fā)出的信號并且輸入，分析當(dāng)時的系統(tǒng)運行狀態(tài)，然后輸出有關(guān)信息，最后控制繼電器或者接觸器等，完成系統(tǒng)任務(wù)。PLC技術(shù)在設(shè)計中采用以下幾個方式進(jìn)行軟件設(shè)計。

3.1 按鈕處理模塊的應(yīng)用

按鈕處理主要是對發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制或者是對電磁閥的運行和

▲▲停止進(jìn)行控制。

3.2 通訊模塊的應(yīng)用

PLC的控制系統(tǒng)主要是PLC技術(shù)對變頻器進(jìn)行運行控制并且對發(fā)電機(jī)的運行完成控制，所以，通訊模塊的應(yīng)用主要是接收控制器發(fā)出的指令或者是按鈕開關(guān)發(fā)出的控制信號，然后將這些指令或者信號在CPU處理器中進(jìn)行計算和分析，最后將程序計算的結(jié)果輸送給變頻器或者其他運行設(shè)備，完成運行任務(wù)。

3.3 PID控制模塊的應(yīng)用

起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)的運行速度控制在實際的操作中非常重要，系統(tǒng)運行時需要通過旋轉(zhuǎn)式編碼器對發(fā)電機(jī)的速度進(jìn)行檢測，通過轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息輸送給變頻器，此時的運行速度和原來設(shè)定的速度通過比較，然后采用PID控制計算法進(jìn)行運算，完成任務(wù)。所以說，系統(tǒng)中的起升運行機(jī)構(gòu)的控制是由PID控制算法結(jié)合PID控制模塊共同完成的。

3.4 故障報警模塊的應(yīng)用

在實際的操作過程中總會出現(xiàn)運行故障，為了可以及時看到故障信號，在控制中要有故障報警模塊，以及時發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的原因并解決和排除故障，保障系統(tǒng)的安全順利運行。因此，在PLC系統(tǒng)的設(shè)計中，需要將傳感器發(fā)出的信息進(jìn)行檢測，此時的變頻器是否出現(xiàn)故障或者是否超重都會顯示出來，這時，應(yīng)該直接停止設(shè)備，開啟蜂鳴器發(fā)出報警信號。如果是在工廠里進(jìn)行，工廠的噪音如果很大，需要延長報警時間，如果報警信號持續(xù)一定時間就認(rèn)為是有故障出現(xiàn)的，應(yīng)該及時進(jìn)行故障修理。故障報警模塊是采用動態(tài)的畫面元素技術(shù)與PLC技術(shù)進(jìn)行對接，因此，不需要進(jìn)行編程。

4 效果分析

通過實際的操作和應(yīng)用，改造后的控制系統(tǒng)在工作性能上有了很大的提高，對起重機(jī)的安全使用，運行的可靠性進(jìn)一步有了保障，提升工作質(zhì)量，對能源的消耗情況有了明顯的降低，檢修費用大大減少，節(jié)約成本，減少員工工作量，滿足了工程需要。

首先是工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)在操作中顯示了整個機(jī)器設(shè)備的運行情況，對故障也能及時的反映出來，大大提高了工作人員的工作效率；其次是PLC控制系統(tǒng)通過PLC技術(shù)來控制電機(jī)設(shè)備的啟動運行和停止，進(jìn)一步實現(xiàn)了運行速度的轉(zhuǎn)換以及數(shù)值信息的傳輸。最后是使用變頻器對起重機(jī)的運行速度進(jìn)行控制，調(diào)速運行的范圍比較寬，充分發(fā)揮電機(jī)設(shè)備性能。體統(tǒng)的設(shè)計有主副起升、大車小車運行機(jī)構(gòu)以及四個檔位，這些都大大方便了工作人員的工作。

5 總結(jié)

對橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)一步改造以后，采用PLC和變頻器技術(shù)在實際的工作中應(yīng)用效益非常大，提升了整個機(jī)器設(shè)備的性能，使起重機(jī)對物體的升降或者轉(zhuǎn)移以及方向定位等起了很大的作用，同時減少了設(shè)備啟動時受電流的強(qiáng)大沖擊，起到了很好的控制效果。在操作中，使用先進(jìn)的變頻器調(diào)速系統(tǒng)同時結(jié)合PLC控制技術(shù)，有效地控制了電機(jī)遠(yuǎn)程運行狀態(tài)、運行速度，技術(shù)操作人員只需在控制室里就可以完成對電機(jī)的加速度、減速度、升起或下降等方面的控制調(diào)節(jié)，大大簡化了工作程序，同時對變頻器出現(xiàn)的故障也能很快的監(jiān)測到并及時處理故障，信號的傳達(dá)也可以在人機(jī)界面上清楚的顯示出來，大大提升了工作效率。

[1]陳柏林 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].上海工業(yè)大學(xué)出版社，2014(12).

[2]李媛春 PLC系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)與開發(fā)技巧[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014(23).