PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用

吴炳章

福建省特种设备检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000

PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用

吴炳章

福建省特种设备检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000

桥式起重机在生活中应用非常广泛，它主要是将物体进行移动，在空间进行转运，它的顺利操作大大提高了工作效率。随着现代科技的不断进步，变频器技术得到了快速发展，在实际的操作中广泛应用。在起重机控制系统运行中，将变频器进行驱动，变频器会控制发电机，带来的电流冲击力非常小，运行速度比较平衡，升降或者转移方向定位非常精准，提高设备工作质量和工作效率。本文主要阐述了变频器技术在施工中的应用以及PLC和变频器技术在工作中的进一步改造，分析了变频器技术的控制构造，采用这种技术对起重机控制有哪些使用效益。

PLC控制技术；变频器；桥式起重机；应用

1 系统控制要求及设计

1.1 桥式起重机介绍及系统控制要求

桥式起重机主要是将物体在空间内进行转移或者使物体升降以满足工程施工需要，它的内部运行结构主要是主起升和副起升运行设备以及运行机构。桥式起重机的运行机构由大车运行机构和小车运行机构两部分组成，大车的运行机构主要控制前后运动方向，小车的运行机构主要是控制左右运行方向，依据运行的速度可以使用四个档，在运行的过程中加速时间或者减速时间控制在三到六秒内。一般情况下，小车的运行机构只需要1台电动机就可以进行操作任务，但是大车的运行机构就需要2台到4台电动机才可以进行操作任务。大车运行和小车运行时发出的惯性非常大，可能在操作中出现发电机在发电时产生电压，所以在它们运行时需要配置制动电阻来控制能量，或者配置制动控制单元来达到控制能量的目的。

1.2 设计要求

起重机控制系统在设计中加入了PLC控制技术，起重机的运行机构需要采用变频器进行调速，在调速时不断的接收PLC发出的控制信息。在实际的操作中，会出现谐波污染问题，为了减少这种情况，需要在每一个运行中的变频器安装电抗器，这样就可以解决谐波问题，也控制了电流峰值，同时很好地保护了整流二极管的使用，增加了二极管的使用年限。在电源的输入端口要安装断路器，以解决变频器出现短路现象。

1.3 改造后控制系统基本情况

将起重机的调试系统进一步改造后，运行结构主要是PLC控制系统也称下位机系统、工业触摸屏系统也称上位机系统、变频器调速系统。下面对一些控制机构进一步介绍。

1.3.1 起升机构

起升机构在实际的运用中也叫负载机构，它的主起升机构和副起升机构中的两台发电机需要各自使用一个变频器进行操作。变频器的使用需要选择以额定电流为标准的变频器，通常情况下选择以发电机的固定电流、电动机的负载率或者是变频器的运行速度等为依据来选择。另外，起升机构需要采用PG的控制方式进行运行控制，PLC会自动接收发电机的编码器传达的信息，这样就不会出现吊钩下滑现象。

1.3.2 运行机构

起重机的控制系统中，它的主升机构和副升机构中的两台发电机可以同时使用一个变频器。在实际的操作中，起重机的运行机构使用的比较少，为了降低成本，在进行调速控制中，可以同时使用一台变频器，这时的变频器选择，应该以发电机的定额功率为依据进行选择，一般是选择定额功率偏大一些的，在运行中更能发挥效果。

2 PLC与变频器的通讯设计

使用变频器对起重机运行状态进行调速，因此，控制系统的改造实际是对其变频器的进一步控制，PLC技术支持多个通信信息或者协议，包括企业专用协议和通用协议两个方面。操作中用工业触摸屏控制系统对起重机进行调速，通过MPI接口卡与PLC进行连接，形成很小的MPI网点，然后通过S7-200将数据信息传输到人机界面，数据的传递速度为188KB∕S。

2.1 上位机与PLC之间的通信设计

在系统的硬件设计上，上位机与PLC需要连接，同时对PLC进行集中控制和监控管理。在软件设计上，上位机与PLC之间通过数据变量进行交换，达到交换通信信息的目的。

2.2 采用USS协议指令的编程顺序

在控制系统中，通过采用USS-INIT来转换或者改变USS通讯信息及数据参数，USS-INIT协议用在用户程序中，它可以自动的把隐藏的一些子程序编制在程序内，形成激活的变频器，这些都可以自动的在后台软件上进行分区控制，以避免变频器并联发生故障。

通过上述的方法分析，控制系统在改造以后就会很好的控制网带的运行速度，随时看到变频器的运行状态。

3 PLC控制系统中各个模块在改造中应用

桥式起重机的控制系统在进行改造以后，PLC技术的主要任务是接收按钮开关发出的信号并且输入，分析当时的系统运行状态，然后输出有关信息，最后控制继电器或者接触器等，完成系统任务。PLC技术在设计中采用以下几个方式进行软件设计。

3.1 按钮处理模块的应用

按钮处理主要是对发电机进行控制或者是对电磁阀的运行和

▲▲停止进行控制。

3.2 通讯模块的应用

PLC的控制系统主要是PLC技术对变频器进行运行控制并且对发电机的运行完成控制，所以，通讯模块的应用主要是接收控制器发出的指令或者是按钮开关发出的控制信号，然后将这些指令或者信号在CPU处理器中进行计算和分析，最后将程序计算的结果输送给变频器或者其他运行设备，完成运行任务。

3.3 PID控制模块的应用

起重机的起升结构的运行速度控制在实际的操作中非常重要，系统运行时需要通过旋转式编码器对发电机的速度进行检测，通过转换卡进行转换为数字信息输送给变频器，此时的运行速度和原来设定的速度通过比较，然后采用PID控制计算法进行运算，完成任务。所以说，系统中的起升运行机构的控制是由PID控制算法结合PID控制模块共同完成的。

3.4 故障报警模块的应用

在实际的操作过程中总会出现运行故障，为了可以及时看到故障信号，在控制中要有故障报警模块，以及时发现故障产生的原因并解决和排除故障，保障系统的安全顺利运行。因此，在PLC系统的设计中，需要将传感器发出的信息进行检测，此时的变频器是否出现故障或者是否超重都会显示出来，这时，应该直接停止设备，开启蜂鸣器发出报警信号。如果是在工厂里进行，工厂的噪音如果很大，需要延长报警时间，如果报警信号持续一定时间就认为是有故障出现的，应该及时进行故障修理。故障报警模块是采用动态的画面元素技术与PLC技术进行对接，因此，不需要进行编程。

4 效果分析

通过实际的操作和应用，改造后的控制系统在工作性能上有了很大的提高，对起重机的安全使用，运行的可靠性进一步有了保障，提升工作质量，对能源的消耗情况有了明显的降低，检修费用大大减少，节约成本，减少员工工作量，满足了工程需要。

首先是工业触摸屏系统在操作中显示了整个机器设备的运行情况，对故障也能及时的反映出来，大大提高了工作人员的工作效率；其次是PLC控制系统通过PLC技术来控制电机设备的启动运行和停止，进一步实现了运行速度的转换以及数值信息的传输。最后是使用变频器对起重机的运行速度进行控制，调速运行的范围比较宽，充分发挥电机设备性能。体统的设计有主副起升、大车小车运行机构以及四个档位，这些都大大方便了工作人员的工作。

5 总结

对桥式起重机控制系统进一步改造以后，采用PLC和变频器技术在实际的工作中应用效益非常大，提升了整个机器设备的性能，使起重机对物体的升降或者转移以及方向定位等起了很大的作用，同时减少了设备启动时受电流的强大冲击，起到了很好的控制效果。在操作中，使用先进的变频器调速系统同时结合PLC控制技术，有效地控制了电机远程运行状态、运行速度，技术操作人员只需在控制室里就可以完成对电机的加速度、减速度、升起或下降等方面的控制调节，大大简化了工作程序，同时对变频器出现的故障也能很快的监测到并及时处理故障，信号的传达也可以在人机界面上清楚的显示出来，大大提升了工作效率。

[1]陈柏林 电力拖动自动控制系统[M].上海工业大学出版社，2014(12).

[2]李媛春 PLC系统设计基础与开发技巧[M].机械工业出版社，2014(23).