PLC與變頻器在橋式吊車改造系統(tǒng)中的應用
發(fā)布時間：2019-08-05 10:01:36來源：
PLC與變頻器在橋式吊車改造系統(tǒng)中的應用
摘要：分析了橋式吊車的控制要求，針對傳統(tǒng)橋式吊車故障的原因，介紹了利用變頻器結合PLC對其進行改造的可行性及實現方法。
1 引言
隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，PLC、變頻器在工廠設備改造中得到了廣泛應用。橋式起重機由于工作環(huán)境比較惡劣，而且重載下頻繁起動、制動、反轉、變速等操作，還要求有一定的調速范圍，所以傳統(tǒng)的繼電控制和串電阻調速已呈現出許多的缺點，對這一類生產機械的改造已十分必要。
2 原設備的基本情況
某石油化工煉油廠焦化車間的抓斗式橋式吊車用于石油焦堆放場，將石油焦從地面抓放到停放在附近的列車上。橋式吊車電氣傳動共有大車電機2臺，小車電機1臺，抓斗電機1臺，抓斗提升電機1臺，均為繞線式交流電動機，采用轉子串電阻的方法啟動和調速。由于工作環(huán)境惡劣，粉塵和有害氣體對電機滑環(huán)、碳刷及21個接觸器腐蝕較大，加上任務重，操作程序難以保證，沖擊電流大，觸頭消蝕嚴重，碳刷冒火，電機及轉子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時有發(fā)生，平均每月發(fā)生較大的故障2.5次,對生產影響較大.轉子串電阻調速,機械特性軟,負載變化時,轉速也變化,調速效果差,所串電阻長期發(fā)熱,電能浪費大,效率低,因此要從根本上解決橋式吊車故障率高的問題,只有利用PLC作為控制裝置以及徹底改變繞線式電機串電阻調速方式。
3 改造后系統(tǒng)的基本情況
3.1 系統(tǒng)的組成
在現代工業(yè)控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干擾能力強，適應性強，應用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設計、安裝、調試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應用，由于本系統(tǒng)主要是一些邏輯控制，所以以PLC作為控制核心,整個系統(tǒng)的輸入26點，輸出點27點，可選用三菱FX2N-64MR,該型號是PX系列中功能比較強速度比較快的PLC，它有32個輸入點，32個輸出 點，內置用戶存儲器為8K步，系統(tǒng)的組成原理圖，如圖示1。
圖1系統(tǒng)原理圖
對于橋式吊車抓斗的開合、提升、大車、小車電機分別用四臺FRNIC5000G7型變頻器拖動；對抓斗的開合電機、提升電機由原來45KW的繞線式電機改為30KW鼠籠型電機，大車小車的配用電機不變，但將轉達子繞組引出線短路，去掉碳刷和滑環(huán)；為使工作安全和可靠，防止因停電、變頻器跳閘或制動單元失靈而導致起吊物下砸出現危險，原有機械抱閘制動裝置仍保留。
3.2 調速系統(tǒng)的工作情況
橋吊中電機所帶負載都為恒轉矩負載，抓斗開合、大車、小車電機都運行在1、3象限，均為電動狀態(tài)，抓斗提升電機可運行在1、3、4象限，采用變頻調速，機械特變硬，當負載轉矩變化時，電機轉速基本不變。
橋式吊車的速度調節(jié)可利用變頻器的多級頻率選擇功能，將FWD、CM接通則正轉，REV、CM接通則反轉，將X1、CM，X2、CM，X3、CM三對端子分別接通，或其中兩對或三對同時接通，可得7種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個方向各6種速度。
應現場工作人員的要求，為照顧操作習慣，橋吊的轉速控制仍采用原來的主令控制器和
凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉速。電機 加減速的時間可以通過變頻器的設定來進行改變。
3.3 PLC控制接線及程序設計
整個系統(tǒng)有五臺電動機、四臺變頻器，PLC的輸入輸出點數較多，各變頻器與PLC的連接情況類似，為說明問題，在此僅以抓斗提升變頻器與PLC的連接為例，說明其工作情況。系統(tǒng)中PLC的部分I/O分配如表1所示。
表1 部分I/O分配表
PLC與提升電機變頻器的連接情況如圖示2。
圖2提升電機變頻器與PLC 的接線
由于系統(tǒng)中五臺電機（其中M3、M4是并聯運行，兩者控制情況完全一樣）的運行情況主要由輸入直接控制，所以系統(tǒng)的梯形圖程序的設計可以根據各輸入和電機的運行關系采用經驗法設計，利用起保停電路直接由輸入信號得到各電機和制動電磁鐵的得電和失電情況，程序設計比較簡單，在此不作詳細介紹。
4 結束語
經過實際應用，改造后的系統(tǒng)性能得到了很大的改善，主要體現在以下幾個方面：用結構簡單、可靠性高的鼠籠式電機取代繞線式電機，避免了因滑環(huán)、碳刷磨損或腐蝕引起接觸器不良而造成電機損壞或不能起動的故障；交流接觸器的數量由原來的21個減速少到5個，電機主電路實現了無觸點化，避免了因頻繁動作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障；采用變頻調速，運行效率高，節(jié)能；機械特性硬，負載變化時，各檔速度基本不變，輕載時不會因操作不當而出現下降變?yōu)樯仙氖Э噩F象；可根據現場情況，很方便地調整各檔速度和加速時間，使吊車操作更加靈活，反應迅速。
1 引言
隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，PLC、變頻器在工廠設備改造中得到了廣泛應用。橋式起重機由于工作環(huán)境比較惡劣，而且重載下頻繁起動、制動、反轉、變速等操作，還要求有一定的調速范圍，所以傳統(tǒng)的繼電控制和串電阻調速已呈現出許多的缺點，對這一類生產機械的改造已十分必要。
2 原設備的基本情況
某石油化工煉油廠焦化車間的抓斗式橋式吊車用于石油焦堆放場，將石油焦從地面抓放到停放在附近的列車上。橋式吊車電氣傳動共有大車電機2臺，小車電機1臺，抓斗電機1臺，抓斗提升電機1臺，均為繞線式交流電動機，采用轉子串電阻的方法啟動和調速。由于工作環(huán)境惡劣，粉塵和有害氣體對電機滑環(huán)、碳刷及21個接觸器腐蝕較大，加上任務重，操作程序難以保證，沖擊電流大，觸頭消蝕嚴重，碳刷冒火，電機及轉子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時有發(fā)生，平均每月發(fā)生較大的故障2.5次,對生產影響較大.轉子串電阻調速,機械特性軟,負載變化時,轉速也變化,調速效果差,所串電阻長期發(fā)熱,電能浪費大,效率低,因此要從根本上解決橋式吊車故障率高的問題,只有利用PLC作為控制裝置以及徹底改變繞線式電機串電阻調速方式。
3 改造后系統(tǒng)的基本情況
3.1 系統(tǒng)的組成
在現代工業(yè)控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干擾能力強，適應性強，應用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設計、安裝、調試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應用，由于本系統(tǒng)主要是一些邏輯控制，所以以PLC作為控制核心,整個系統(tǒng)的輸入26點，輸出點27點，可選用三菱FX2N-64MR,該型號是PX系列中功能比較強速度比較快的PLC，它有32個輸入點，32個輸出 點，內置用戶存儲器為8K步，系統(tǒng)的組成原理圖，如圖示1。
圖1系統(tǒng)原理圖
對于橋式吊車抓斗的開合、提升、大車、小車電機分別用四臺FRNIC5000G7型變頻器拖動；對抓斗的開合電機、提升電機由原來45KW的繞線式電機改為30KW鼠籠型電機，大車小車的配用電機不變，但將轉達子繞組引出線短路，去掉碳刷和滑環(huán)；為使工作安全和可靠，防止因停電、變頻器跳閘或制動單元失靈而導致起吊物下砸出現危險，原有機械抱閘制動裝置仍保留。
3.2 調速系統(tǒng)的工作情況
橋吊中電機所帶負載都為恒轉矩負載，抓斗開合、大車、小車電機都運行在1、3象限，均為電動狀態(tài)，抓斗提升電機可運行在1、3、4象限，采用變頻調速，機械特變硬，當負載轉矩變化時，電機轉速基本不變。
橋式吊車的速度調節(jié)可利用變頻器的多級頻率選擇功能，將FWD、CM接通則正轉，REV、CM接通則反轉，將X1、CM，X2、CM，X3、CM三對端子分別接通，或其中兩對或三對同時接通，可得7種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個方向各6種速度。
應現場工作人員的要求，為照顧操作習慣，橋吊的轉速控制仍采用原來的主令控制器和
凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉速。電機 加減速的時間可以通過變頻器的設定來進行改變。
3.3 PLC控制接線及程序設計
整個系統(tǒng)有五臺電動機、四臺變頻器，PLC的輸入輸出點數較多，各變頻器與PLC的連接情況類似，為說明問題，在此僅以抓斗提升變頻器與PLC的連接為例，說明其工作情況。系統(tǒng)中PLC的部分I/O分配如表1所示。
表1 部分I/O分配表
PLC與提升電機變頻器的連接情況如圖示2。
圖2提升電機變頻器與PLC 的接線
由于系統(tǒng)中五臺電機（其中M3、M4是并聯運行，兩者控制情況完全一樣）的運行情況主要由輸入直接控制，所以系統(tǒng)的梯形圖程序的設計可以根據各輸入和電機的運行關系采用經驗法設計，利用起保停電路直接由輸入信號得到各電機和制動電磁鐵的得電和失電情況，程序設計比較簡單，在此不作詳細介紹。
4 結束語
經過實際應用，改造后的系統(tǒng)性能得到了很大的改善，主要體現在以下幾個方面：用結構簡單、可靠性高的鼠籠式電機取代繞線式電機，避免了因滑環(huán)、碳刷磨損或腐蝕引起接觸器不良而造成電機損壞或不能起動的故障；交流接觸器的數量由原來的21個減速少到5個，電機主電路實現了無觸點化，避免了因頻繁動作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障；采用變頻調速，運行效率高，節(jié)能；機械特性硬，負載變化時，各檔速度基本不變，輕載時不會因操作不當而出現下降變?yōu)樯仙氖Э噩F象；可根據現場情況，很方便地調整各檔速度和加速時間，使吊車操作更加靈活，反應迅速。