变频器、PLC在桥式起重机自动控制系统中的应用

变频器、PLC在桥式起重机自动控制系统中的应用

　　一、原系统分析：
　 桥式起重机情况:
　　桥式起重机(天车)是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要应用。5吨桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车由两台4 kW绕线式异步电动机、小车由一台2.5 kW绕线式异步电动机驱动。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式.由于工作环境差,粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重,实际过载率高,由于冲击电流偏大,容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障, 影响现场生产和安全,工人维修量和产生的维修费用也很高.并且原调速方式机械特性较差,调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。综上所述原设备存在的主要缺点如下：
　　（1） 拖动电动机容量大，起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重。
　　（2） 起重机升降、小车、大车起动、停止速度过快，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命缩短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性较低。
　　（3） 由于电动机一直在额定转矩下工作，而每次升降的负载是变化的，因此容易造成比较大的电能浪费。
　　（4） 起重机每天需进行大量的装卸操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件---交流接触器来接入和断开电动机转子上串接的电阻，切换十分频繁，在电流比较大的状态下，容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的铜电阻因灰尘、设备振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。同样小车、大车的运转也存在上述问题。
　　（5） 在起重机起升的瞬间，升降电动机有时会受力不均匀，易过载，直接造成电机损坏或者钢丝绳断裂。
　　（6） 为适应起重机的工况，起重机的操作人员经常性的反复操作，起重机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
　　（7） 起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。由于升降、大车、小车三个凸轮控制器之间没有固定的联系，在起重机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。
　　 针对上述现有技术存在的不足，本次改造的起重机采用先进的可编程控制技术（PLC）和变频器技术，以程序控制取代继电器----接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了起重机的半自动化控制。
　　二、改造方案：
　　 交流电动机的调速方式很多,针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。
　　2.1拖动系统
　　1、电动机选型
　　A.大车与小车用电动机 可选用普通的笼型转子异步电
　　动机；
　　B.升降用电动机 由于要求比较高，应选用变频专用的笼
　　型转子异步电动机。
　　原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面的考虑，通过短接转子回路也能进行使用。
　　2、调速方法
　　 采用目前国际先进技术具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用6段速度运行，从低到高自由切换。
　　3、制动方式
　　 采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。
　　A.首先，通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到0(使它们停止) ；
　　B.对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间（如重物在半空中平移），而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰，（如在平移过程中常易出现的瞬间断电）因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。
　　
　　2．2变频调速系统的控制要点
　　桥式起重机拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行走及速度档位；小车的前、后行走及速度档位；起重机的升、降及速度档位等。所有这些，都可以通过可编程序控制器（PLC）进行无触点控制。
　　桥式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
　　防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：
　　1）电磁制动器在通电到断电（或从断电到通电）之间是需要时间
　　的，大约0.6秒（视型号和大小而定）。因此，变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。
　　2）变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以
　　免发生“过流”而跳闸的误动作。
　　为此，具体控制方法如下：
　　1．重物高空停止的控制过程
　　A．设定一个“停止起始频率”fBS,当变频器的工作频率下降
　　到fBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；
　　B. 设定一个fBS 的维持时间tBB, tBB长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要的时间；
　　C. 变频器将工作频率下降止0。