變頻器、PLC在橋式起重機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　一、原系統(tǒng)分析：
　 橋式起重機(jī)情況:
　　橋式起重機(jī)(天車)是一種用來起吊、放下和搬運(yùn)重物、并使重物在一定距離內(nèi)水平移動(dòng)的起重、搬運(yùn)設(shè)備，在生產(chǎn)過程中有著重要應(yīng)用。5噸橋式起重機(jī)，原設(shè)備電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為起重機(jī)升降、小車、大車三部份。其中起重機(jī)升降由一臺13kW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大車由兩臺4 kW繞線式異步電動(dòng)機(jī)、小車由一臺2.5 kW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在原傳動(dòng)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(jī)的集電環(huán)、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務(wù)重,實(shí)際過載率高,由于沖擊電流偏大,容易造成電動(dòng)機(jī)觸頭燒損、電刷冒火、電動(dòng)機(jī)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)生的維修費(fèi)用也很高.并且原調(diào)速方式機(jī)械特性較差,調(diào)速不夠平滑，所串電阻長期發(fā)熱浪費(fèi)能量。綜上所述原設(shè)備存在的主要缺點(diǎn)如下：
　　（1） 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量大，起動(dòng)時(shí)電流對電網(wǎng)沖擊大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
　　（2） 起重機(jī)升降、小車、大車起動(dòng)、停止速度過快，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊也較大，機(jī)械設(shè)備使用壽命縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性較低。
　　（3） 由于電動(dòng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次升降的負(fù)載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費(fèi)。
　　（4） 起重機(jī)每天需進(jìn)行大量的裝卸操作，由于繞線式電機(jī)調(diào)速是通過電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主要控制元件---交流接觸器來接入和斷開電動(dòng)機(jī)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，容易燒壞觸頭。同時(shí)因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的銅電阻因灰塵、設(shè)備振動(dòng)等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設(shè)備故障率比較高，維修工作量比較大。同樣小車、大車的運(yùn)轉(zhuǎn)也存在上述問題。
　　（5） 在起重機(jī)起升的瞬間，升降電動(dòng)機(jī)有時(shí)會(huì)受力不均勻，易過載，直接造成電機(jī)損壞或者鋼絲繩斷裂。
　　（6） 為適應(yīng)起重機(jī)的工況，起重機(jī)的操作人員經(jīng)常性的反復(fù)操作，起重機(jī)的電器元件和電動(dòng)機(jī)始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動(dòng)機(jī)的使用壽命。
　　（7） 起重機(jī)工作的協(xié)調(diào)性主要靠操作人員的熟練程度。由于升降、大車、小車三個(gè)凸輪控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機(jī)工作時(shí)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。
　　 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本次改造的起重機(jī)采用先進(jìn)的可編程控制技術(shù)（PLC）和變頻器技術(shù)，以程序控制取代繼電器----接觸器控制，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的半自動(dòng)化控制。
　　二、改造方案：
　　 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式很多,針對上述現(xiàn)有技術(shù)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(dòng)系統(tǒng)
　　1、電動(dòng)機(jī)選型
　　A.大車與小車用電動(dòng)機(jī) 可選用普通的籠型轉(zhuǎn)子異步電
　　動(dòng)機(jī)；
　　B.升降用電動(dòng)機(jī) 由于要求比較高，應(yīng)選用變頻專用的籠
　　型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。
　　原設(shè)備系統(tǒng)采用的是繞線式異步電動(dòng)機(jī)，出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，通過短接轉(zhuǎn)子回路也能進(jìn)行使用。
　　2、調(diào)速方法
　　 采用目前國際先進(jìn)技術(shù)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(yùn)行，從低到高自由切換。
　　3、制動(dòng)方式
　　 采用再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方法。
　　A.首先，通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)的再生制動(dòng)和直流制動(dòng)把運(yùn)動(dòng)中的大車、小車和起重機(jī)的速度迅速而準(zhǔn)確地降到0(使它們停止) ；
　　B.對于起重機(jī)，常常會(huì)有重物在半空中停留一段時(shí)間（如重物在半空中平移），而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物靜止，但因設(shè)備容易受到外界因素的干擾，（如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電）因此，利用電磁制動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)仍然是必須的。
　　
　　2．2變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點(diǎn)
　　橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制動(dòng)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(jī)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(jìn)行無觸點(diǎn)控制。
　　橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制。在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止?fàn)顟B(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。
　　防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是：
　　1）電磁制動(dòng)器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時(shí)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，將容易出現(xiàn)溜鉤。
　　2）變頻器必須避免在電磁制動(dòng)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(dòng)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(shè)定一個(gè)“停止起始頻率”fBS,當(dāng)變頻器的工作頻率下降
　　到fBS時(shí)，變頻器將輸出一個(gè)“頻率到達(dá)信號”，發(fā)出制動(dòng)電磁鐵斷電指令；
　　B. 設(shè)定一個(gè)fBS 的維持時(shí)間tBB, tBB長短應(yīng)略大于制動(dòng)電磁鐵從開始釋放到完全抱閘所需要的時(shí)間；
　　C. 變頻器將工作頻率下降止0。