摘 要 起重機(jī)作為物料搬運系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)用廣泛作用顯著，故對于提高其運行效率，確保運行安全，降低物料搬運成本是十分重要。本文主要從起重機(jī)涉及的PLC硬件、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、變頻器容量選擇、上位操作等幾個方面進(jìn)行了簡要闡述和分析。

關(guān)鍵詞 電氣；起重機(jī)；變頻器；應(yīng)用；自動化

1 概述

傳統(tǒng)的起重機(jī)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高，效率低等缺點。因此根據(jù)起重機(jī)的運行特點，將現(xiàn)代電氣自動化技術(shù)引入到起重機(jī)控制系統(tǒng)中，以達(dá)到提高起重機(jī)操作精度、穩(wěn)定性和安全性的目[1]。

2 電氣自動化技術(shù)的實際應(yīng)用

2.1 各種電氣檢測元件的應(yīng)用

起重機(jī)對穩(wěn)定性和安全要求十分嚴(yán)格，這就對電氣元件提出更高的要求，不但要求電氣元件動作準(zhǔn)確、靈敏可靠，更要有狀態(tài)自檢報警功能?，F(xiàn)場部分電氣元件具有人機(jī)交互界面，技術(shù)人員可以通過操作界面對電氣元件的參數(shù)進(jìn)行手動設(shè)置，并可以讀取歷史數(shù)據(jù)、查看當(dāng)前工作狀態(tài)等。電氣檢測元件具有通信接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的電氣通信協(xié)議，能將檢測的電壓或電流信號傳遞到上一級控制系統(tǒng)或是顯示儀表。

2.2 變頻器、電機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用

起重機(jī)上安裝著各種電機(jī)等耗電設(shè)施，其設(shè)備用電需要相當(dāng)巨大，大功率電機(jī)的頻繁啟動會對整個工廠的供配電網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響，使電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生波動，而變頻器類電力設(shè)備的應(yīng)用可有效減小大型電機(jī)啟動時對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，而變頻器的使用更可以有效節(jié)約電力能源，優(yōu)化電機(jī)性能和使用壽命，為企業(yè)節(jié)約運營成本和減小備件消耗。電機(jī)保護(hù)器是現(xiàn)在普遍應(yīng)用的電機(jī)保護(hù)設(shè)備，即不僅電氣元件的基本電氣保護(hù)功能，還具有可編程邏輯控制器的許多功能。一般電機(jī)保護(hù)器都具有現(xiàn)場控制面板和運行指示燈，控制面板可實時顯示當(dāng)前電機(jī)運行狀態(tài)，如電機(jī)非正常停機(jī)，維護(hù)人員可以通過控制面板查看電機(jī)故障信息、調(diào)取運行趨勢畫面。同時電機(jī)保護(hù)器還具有通信接口，可以同企業(yè)的PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并可集成到企業(yè)現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)之中[2]。

3 系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)控制的基本要求

對起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求：主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；運行機(jī)構(gòu)運行速度調(diào)節(jié)；控制系統(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操作臺各主令控制器、開關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開關(guān)等組成。

3.2 PLC硬件選擇

起重機(jī)的自動化控制系統(tǒng)采用工作穩(wěn)定的西門子S7-300-PLC及其配套的IM153-2遠(yuǎn)程站系列的數(shù)字量/模擬量及數(shù)據(jù)通信模塊，S7-300系列是西門子公司中型可編程序控制器，可以單機(jī)運行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。

在基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)中，采用了大量的IM153用于主操作室內(nèi)操作臺、部分機(jī)旁操作臺箱、PLC遠(yuǎn)程I/O柜，這些IM153通過Profibus-DP網(wǎng)與PLC相連，這樣大大減少了現(xiàn)場I/O接線，提供了系統(tǒng)的可靠性，同時也降低了企業(yè)的投資成本。

S7-300 PLC輔助以CP343專用的穩(wěn)定高速的以太網(wǎng)通訊卡，使各個工段的PLC系統(tǒng)可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，各個PLC室均有穩(wěn)壓UPS進(jìn)行供電，以保護(hù)突發(fā)情況下PLC的供電能保持穩(wěn)定。

工程機(jī)配件配制有：HP操作員站，D-Link快速以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.3 變頻器選擇

根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動的特性和技術(shù)要求，起重機(jī)選擇西門子6SE70型變頻器，該變頻器帶測速反饋單元，作為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動電氣設(shè)備，6SE70型變頻器標(biāo)準(zhǔn)矢量型變頻器作為大、小行車行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動器，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求，6SE70型變頻器通過簡便的接線和參數(shù)設(shè)置，便可以進(jìn)行應(yīng)用，借助其兼容性強(qiáng)的特點能作為控制系統(tǒng)的一部分和PLC進(jìn)行信號交互，6SE70型變頻器標(biāo)準(zhǔn)矢量型變頻器的內(nèi)部保護(hù)功能同時為變頻器和變頻器驅(qū)動的電動機(jī)提供了良好的保護(hù)，同時也延長了設(shè)備的壽命降低了備品消耗。

3.4 輔件的選擇

（1）斷路器：為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.3～1.4倍，整定值為斷路器額定值的3～4倍；

（2）接觸器：接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用；

（3）交流電抗器：在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害；

（4）制動單元：為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題；

（5）制動電阻器：借助制動電阻單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量[3]。

4 上位操作

起重機(jī)使用西門子WINCC工業(yè)級監(jiān)控軟件作為人機(jī)交互監(jiān)控軟件，上位操作員可以通過西門子WINCC軟件監(jiān)控起重機(jī)的運行狀態(tài)及檢測儀表的實時參數(shù)，并對包括生產(chǎn)線的各種高低壓傳動設(shè)備、過程檢測儀表、電氣閥門進(jìn)行控制，西門子WINCC軟件可以實時顯示生產(chǎn)線的各個檢測點的重要狀態(tài)信息。

WINCC軟件能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計分析，包括實時數(shù)據(jù)對比分析。數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以通過數(shù)據(jù)表、曲線圖等方式顯示，也可以將多參數(shù)一起進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)形成報表。

5 結(jié)束語

采用變頻器實現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機(jī)界面和通信能力，而且隨著電氣自動技術(shù)不斷的進(jìn)步的發(fā)展，使得起重機(jī)的機(jī)械動作和設(shè)備運行變得更加智能、有序、安全可控。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭夕健，于揚(yáng)，張國忠.基于PLC的塔式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，（05）：143-144，147.

[2] 周彩珍.基于PLC的起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007， （02）：77-78.

[3] 劉小慶，范勤.基于PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)械，2004，（08）：15-16，19.

作者簡介

張國宏（1982-），男，吉林省通化市人；學(xué)歷：本科，助理工程師，研究方向：現(xiàn)場起重機(jī)設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)。