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1、PLC在天车变频控制系统中的应用邢媛导语：通过对工厂现使用的天车进展研究和分析，对该系统通过主令控制器给定plc的速度信号来对整个系统进展调速，桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器，并由1台plc分别加以控制。PLC在天车变频控制系统中的应用邢媛青岛橡胶轮胎设计院，山东青岛266042摘要：通过对工厂现使用的天车进展研究和分析，对该系统通过主令控制器给定plc的速度信号来对整个系统进展调速，桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器，并由1台pl
2、c分别加以控制。关键词：天车；PLC；变频器；电机中途分类号：TP9文献标识码：B前言桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机
3、驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，假如起重量很大，常用增加车轮的方法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接平衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。脱锭起重机用以把钢锭从钢锭模中强迫脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的外形而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转
4、，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。铸造起重机：用以与水压机配合铸造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。某玻璃厂备煤车间的抓斗式桥式吊车用于装煤，玻璃的放场，将玻璃从地面抓放到停放在附近的列车上。桥式吊车电气传动共有大车电机2台，小车电机1台，抓斗电机1台，抓斗提升电机1台，均为绕线式沟通电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。由于工作环境恶劣，粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及21个接触器腐蚀较大，加上任务重，操纵程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障2.5次
5、，对消费影响较大.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式吊车故障率高的问题，只有利用PLC作为控制装置以及彻底改变绕线式电机串电阻调速方式。120/5t天车根本参数天车早已系列化和标准化。其统一参数如下：1.质量和载荷参数：起重量G，有效起重量Gp，额定起重量Gn，总起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重倾覆力矩MA，起重机总质量Go，轮压P2.起重机尺寸参数：幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，悬臂有效伸缩距l，起升高度H，下降深度h，起升范围D，起重臂长度Lb，起重机倾角3.运动速度参数
6、：起升下降速度Vn，微速下降速度Vm，回转速度，起重机(大车)运行速度Vk，小车运行速度Vt，变幅速度Vr4.与起重机运行线路有关的参数：跨度S5.一般性能参数：工作级别，机构工作级别6.跨度指桥式起重机运行轨道中心线之间的程度间隔，单位为m，桥式起重机的小车运行轨道中心线之间的间隔称为小车的轨距，地面有轨运行的臂架式起重机的运行轨道中心线之间的间隔称为该起重机的轨距。图表1为通用桥式起重机技术参数表。表2为通用桥式起重机技术参数表。2、天车电机的选择起重机提升和运行机构的调速比一般不大于1:20，且为断续工作制，通常接电持续在60%以上，负载多为大惯量系统。严格意义上的变频电机，转动惯量较小
7、，响应速度较快，可工作在比额定转速高出很多的工况条件下，这些特性均非起重机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性根本一致；在连续工作时考虑到冷却效果限制了普通电机转矩应用值，普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。普通变频器在调度比为1:20的范围内确保起重机上普通电机有150的过载力矩值。此外起重机电机多用于大惯量短时工作制，通常不工作时间大于或者略小于工作时间。电机在起动经过中可承受2.5倍额定电流值，因此高频引起的1.1倍电流值可不予考虑。但假设电机要求在整个工作周期内在大于1:4的速比下持续运行那么必须采用风冷式电机。作为提升机构的电机选用合适频繁起动、转动惯
8、量小、起动转矩大的变频用电机。目前，国外以四极电机作变频电机首选极数。电机功率为：式中p功率，kw；w额定起重量(最小幅度时)吊钓重量钢丝绳重量，n；v提开速度，m/s；机械效率。用变频器驱动异步电动机时，由于变频器的换向冲击电压及开关元件瞬间的开闭而产生冲击电压(浪涌电压)引起电机绝缘恶化，对电压型pwm变频器应尽量缩短变频器与电机间接线间隔或考虑参加阻尼回路(滤波器)。电动机功率的选择，必须根据消费的需求来决定。一般来讲，起重机用电动机比一般工业消费机械所用的电动机的功率大10%左右。电动机的选择取决于下面两个主要条件： (1)发热。电动机在工作时，一方面将电能转变为机械能而作功，另一方面
9、由于电动机绕组本身的阻抗要消耗一局部电能转变成热能，使电动机的温度升高。电动机由于受体积构造等的限制，内部绝缘材料的耐热才能很差，极易造成老化。当温度超过电动机所允许的限度时，绝缘才能被破坏，电动机将烧毁。电动机铭牌上都规定有电动机的温升，它指的是电动机在额定负载下运行时，定子发热后的允许温升与四周环境温度之差。 (2)过载才能。各种电动机都有一定的过载才能。沟通电动的过载才能tm是最大转矩m与额定转矩mc的比值，即一般起重机用的沟通异步电动机的过载才能为2.53.3。3、天车电气原理1吊钩升降、开闭机构电气拖动系统吊钩升降、开闭机构拖动系统各有一台电机，由于吊钩升降、开闭机构拖动系统电机同时
10、工作，因此两套机构不能共用一套变频器。在司机操纵室联动台上分别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器Ks、Kf。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器Ks、Kf给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、翻开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动翻开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器Cs、Cf，使制动器动作。变频器有短路、过压、缺相、失压、过流、超速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停顿输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。吊钩升降、开闭机构除了变频器
11、内部有保护功能外，还设置了线路保护：1零位保护，由主令控制器零位触点实现此功能；2限位保护，由高度限制器实现；3线路设有低压断路器作为短路保护。2小车运行机构电气拖动系统小车运行机构由一台变频电机驱动，采用1台变频器控制，系统控制方法与起升机构电气传动系统类似。3大车运行机构电气拖动系统大车运行机构由两台变频电机驱动，采用1台变频器控制，系统控制方法与小车运行机构电气传动系统类似。如图1所示为天车主令控制器通断表。4、PLC控制4.1PLC选型本系统中选用日本欧姆龙CPM2AE-60CDR-A型PLC来实现整个系统的逻辑控制，接线简化，电源功率损耗减少。设置回路故障诊断功能和有效的电气保护功能
12、使系统具有一定的智能性和更高的可靠性。天车PLC逻辑控制图如图2所示。其主要功能如下：1变频器运行、停顿控制；2控制制动器，保证电动机停顿时可以及时制动，既不提早，也不延后；3升降变频器控制方式切换；4电气闭锁保护控制；5升降、开闭变频器中任意一台变频器报警故障时，两台变频器均可以立即停顿输出，并同时制动；6任何时刻断电，系统将会立即停顿运行，制动器制动。4.2PLC控制分配及控制程序4.2.1I/O点分配图4.2.2PLC控制程序设置公用程序可以充分利用PLC的I/O点，减少外部接线，其程序主要是实现电机的正反转、与提减速，其间用辅助继电器输出为后面的程序调用作预备。该程序主要用比拟的指令来
13、实现电机的提减速，在按I0.1或者I0.2时，使存储器VB100中存储的数字在15间顺序变化，控制串入转子电阻的数目来实现调速。在设计程序时，可以继续采用方案一中的设计方法，将主令控制器的程序作为公用程序，节省局部输入点。在设计公用程序时根据不同型号的变频器速度输入的编号对进展编程。PLC输出除电源外，其它均采用小型继电器，程序通过控制小型继电器动作来实现电动机的正反转、升降、前后行走及速度调节。由于程序设计与方案一大致一样，其速度输出程序如下。LDNI0.1/停顿按钮AQ0.0/电源启动LPSLDB=VB100,1/一档OB=VB100,2/2档OB=VB100,3/3档OB=VB100,4/4档OB=VB100,5/5档ALDLPSAI0.3=Q0.1/正转LPPAI0.4=Q0.2/反转LRDLDB=VB100,1OM10.0OM10.1ALD=Q0.3/变频速度输出选择1LRDLDB=VB100,2OM10.0ALD=Q0.4/变频速度输出选择2LRDLDB=VB100,4OM10.1OB=VB100,3ALD=Q0.5/变频速度输出选择3=M10.0LPPAB=VB100,5=M10.1Caicai