基于PLC与变频器对桥式起重机电气控制的技术改造

2016-05-30崔兴艳宫洵

现代职业教育·职业培训 2016年3期

崔兴艳宫洵

[摘要] 以某厂15/3T桥式起重机的提升机构电气控制系统改造为研究对象，针对其传统控制存在故障率高、可靠性和安全性低的特点，在保持原有起重机中大车运行机构和小车运行机构不变的前提下，采用现代控制技术，即交流变频调速和PLC，对该桥式起重机的提升机构进行电气改造，构建了相应技术改造方案并进行了具体项目的实施。

[关键词] PLC与变频器；桥式起重机；电气控制；技术改造

[中图分类号] TH215 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）09-0031-01

桥式起重机作为工厂中一种搬运物料的机械设备，其提升机构工作的安全性和可靠性是保证物料在高空运输的前提，同时对地面设备和人员的安全也是至关重要。随着设备使用年限的增加和继电器-接触器有触点控制性能的下降，桥式起重机在物料搬运中出现故障的概率逐渐增加。经过长期使用后，某厂15/3T桥式起重机出现限位失灵、设备噪音过大、设备颤动大、挂不上档位、元件过热烧坏、甚至出现飞车等故障现象，给设备和人员的安全带来了严重的威胁。PLC作为现代工业控制的主流产品，存在着可靠性高、控制功能强大的特点，对电气控制进行PLC改造是现实可行的。

完成桥式起重机电气控制系统的改造，包括：1.桥式起重机控制系统总体方案设计；2.桥式起重机PLC和变频器改造硬件设计；3.桥式起重机PLC控制电路程序设计编制出PLC改造的程序；4.PLC改造的程序进行程序调试完成安装接线和调试运行。

一、桥式起重机控制系统总体方案设计

由于桥式起重机工作时具有频繁起动和短时工作的特点，因此用PLC和变频器对桥式起重机电气控制系统的进行改造，可以解决传统控制的缺点。改造时把起重机操作面板上的各按钮、限位开关等，作为PLC的输入，把接触器、继电器和电磁铁及指示灯等作为PLC的输出，再通过变频器可完成相关起重机的起动、运行、停止和调速控制。

二、桥式起重机PLC和变频器改造硬件设计

（一）PLC的I/O资源配置

根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体分配如下：

PLC输入设备主要包括控制按钮、限位开关，共有26个关开输入量。

PLC输出设备主要有各种接触器、指示灯等，共有7个数字量输出。

（二）PLC选型并设计桥式起重机控制系统的硬件接线图

PLC选型时要根据其控制系统的功能要求，从经济性、可靠性和合理性等方面来综合考虑，可选择西门子S7-200系列CPU224 PLC作为桥式起重机电气控制系统的控制主机，选择EM223作为控制系统扩展模块，由于其主机具有14/10点输入和输出，扩展模块带有16点DC输入/16点DC输出，因此可以满足控制系统输入和输出点的要求，并留有一定余量为后续扩展提供必备条件。

（三）其他资源配置

PLC和扩展模块的核心器件选好后，还需要配置各种限位开关、接触器和变频器等仪器设备。

三、桥式起重机PLC控制电路程序设计

硬件设计完成后，就可以根据起重机的控制要求和I/O分配进行软件设计即编程，编程采用功能流程图的设计方法，需要先设计出控制系统的控制功能流程图，然后根据具体的控制要求，逐步细化控制框图，最后完成每个功能模块的各环节设计，然后进行编译、调试、修改过程。

根据控制系统功能要求，控制过程可采用手动人工操作进行，每部分设备可单独运行，也可同时运行。可以通过按钮对大车、小车和起重机进行启停控制，并且可以通过变频器面板上的按钮调节频率来改变起重机各个方向运行的速度。

各工作过程是根据重物所处的位置，并按照PLC读取的变频器参数进行控制。

在软件设计过程中，使用了很多軟器件如寄存器、中间继电器、定时器等，为了便于编程及修改，把程序中所用到的软器件如M和V等列出表格，实现中间环节的控制。程序设计采用先分成各模块单独设计，最后再汇总的方式。

四、桥式起重机调试及运行

（一）程序调试及运行

为了保证所接桥式起重机PLC改造后电气控制板的制作质量，在运行之前先对程序进行监控调试，如果出现问题可反复修改，直到成功为止。如果未发现异常情况，可对电动机带负载做通电实验。

（二）整机安装及调试运行

程序调试成功后，可对起重机的电气控制进行整机安装和调试，按照安装布线的工艺要求进行元器件和布线。然后进行整机调试及运行，直到正常工作为止。