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變頻器、PLC在橋式起重機自動控制系統(tǒng)中的應用

　　一、原系統(tǒng)分析：
　 橋式起重機情況: 
　　橋式起重機(天車)是一種用來起吊、放下和搬運重物、并使重物在一定間隔內(nèi)水平移動的起重、搬運設備，在生產(chǎn)過程中有著重要應用。5噸橋式起重機，原設備電氣驅(qū)動系統(tǒng)分為起重機升降、小車、大車三部份。其中起重機升降由一臺13kW的繞線式異步電動機驅(qū)動，大車由兩臺4 kW繞線式異步電動機、小車由一臺2.5 kW繞線式異步電動機驅(qū)動。在原傳動控制中，采用轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式.由于工作環(huán)境差,粉塵和有害氣體對電機的集電環(huán)、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務重,實際過載率高,由于沖擊電流偏大,輕易造成電動機觸頭燒損、電刷冒火、電動機及轉(zhuǎn)子所串電阻燒損和斷裂等故障, 影響現(xiàn)場生產(chǎn)和安全,工人維修量和產(chǎn)生的維修用度也很高.并且原調(diào)速方式機械特性較差,調(diào)速不夠平滑，所串電阻長期發(fā)熱浪費能量。綜上所述原設備存在的主要缺點如下：
　?。?） 拖動電動機容量大，起動時電流對電網(wǎng)沖擊大，電能浪費嚴重。
　　（2） 起重機升降、小車、大車起動、停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊也較大，機械設備使用壽命縮短，操縱職員的安全系數(shù)較差，設備運行可靠性較低。
　?。?） 由于電動機一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次升降的負載是變化的，因此輕易造成比較大的電能浪費。
　?。?） 起重機天天需進行大量的裝卸操縱，由于繞線式電機調(diào)速是通過電氣驅(qū)動系統(tǒng)中的主要控制元件---交流接觸器來接進和斷開電動機轉(zhuǎn)子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態(tài)下，輕易燒壞觸頭。同時因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的銅電阻因灰塵、設備振動等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設備故障率比較高，維修工作量比較大。同樣小車、大車的運轉(zhuǎn)也存在上述題目。
　?。?） 在起重機起升的瞬間，升降電動機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機損壞或者鋼絲繩斷裂。
　?。?） 為適應起重機的工況，起重機的操縱職員經(jīng)常性的反復操縱，起重機的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動機的使用壽命。
　　（7） 起重機工作的協(xié)調(diào)性主要靠操縱職員的熟練程度。由于升降、大車、小車三個凸輪控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機工作時操縱職員勞動強度比較大，輕易疲憊，易產(chǎn)生誤操縱。
　　 針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本次改造的起重機采用先進的可編程控制技術（PLC）和變頻器技術，以程序控制取代繼電器----接觸器控制，交流電動機調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，進而實現(xiàn)了起重機的半自動化控制。
　　二、改造方案：
　　 交流電動機的調(diào)速方式很多,針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，綜合各種性能最佳者為變頻調(diào)速方式。
　　2.1拖動系統(tǒng)
　　1、電動機選型
　　A.大車與小車用電動機 可選用普通的籠型轉(zhuǎn)子異步電
　　動機；
　　B.升降用電動機 由于要求比較高，應選用變頻專用的籠
　　型轉(zhuǎn)子異步電動機。
　　原設備系統(tǒng)采用的是繞線式異步電動機，出于經(jīng)濟方面的考慮，通過短接轉(zhuǎn)子回路也能進行使用。
　　2、調(diào)速方法
　　 采用目前國際先進技術具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻后轉(zhuǎn)速可以分檔控制，一般采用6段速度運行，從低到高自由切換。
　　3、制動方式 
　　 采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。
　　A.首先，通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和起重機的速度迅速而正確地降到0(使它們停止) ；
　　B.對于起重機，經(jīng)常會有重物在半空中停留一段時間（如重物在半空中平移），而變頻調(diào)速系統(tǒng)固然能使重物靜止，但因設備輕易受到外界因素的干擾，（如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬中斷電）因此，利用電磁制動器進行機械制動仍然是必須的。
　　
　　2．2變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點
　　橋式起重機拖動系統(tǒng)的控制動作包括：大車的左、右行走及速度檔位；小車的前、后行走及速度檔位；起重機的升、降及速度檔位等。所有這些，都可以通過可編程序控制器（PLC）進行無觸點控制。
　　橋式起重機控制系統(tǒng)中需要引起留意的是關于防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止狀態(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。
　　防止溜鉤的控制需要留意的關鍵題目是：
　　1）電磁制動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間
　　的，大約0.6秒（視型號和大小而定）。因此，變頻器如過早地停止輸出，將輕易出現(xiàn)溜鉤。
　　2）變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率，以
　　免發(fā)生“過流”而跳閘的誤動作。
　　為此，具體控制方法如下：
　　1．重物高空停止的控制過程
　　A．設定一個“停止起始頻率”fBS,當變頻器的工作頻率下降
　　到fBS時，變頻器將輸出一個“頻率到達信號”，發(fā)出制動電磁鐵斷電指令；
　　B. 設定一個fBS 的維持時間tBB, tBB是非應略大于制動電磁鐵從開始開釋到完全抱閘所需要的時間；
　　C. 變頻器將工作頻率下降止0。