电气自动化技术在起重机中的应用研究

摘 要 起重机作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛作用显著，故对于提高其运行效率，确保运行安全，降低物料搬运成本是十分重要。本文主要从起重机涉及的PLC硬件、网络关系、变频器容量选择、上位操作等几个方面进行了简要阐述和分析。

关键词 电气；起重机；变频器；应用；自动化

1 概述

传统的起重机主要采用继电器接触器进行控制，采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速，这种控制系统存在可靠性差，故障率高，效率低等缺点。因此根据起重机的运行特点，将现代电气自动化技术引入到起重机控制系统中，以达到提高起重机操作精度、稳定性和安全性的目[1]。

2 电气自动化技术的实际应用

2.1 各种电气检测元件的应用

起重机对稳定性和安全要求十分严格，这就对电气元件提出更高的要求，不但要求电气元件动作准确、灵敏可靠，更要有状态自检报警功能。现场部分电气元件具有人机交互界面，技术人员可以通过操作界面对电气元件的参数进行手动设置，并可以读取历史数据、查看当前工作状态等。电气检测元件具有通信接口，支持标准的电气通信协议，能将检测的电压或电流信号传递到上一级控制系统或是显示仪表。

2.2 变频器、电机保护器的应用

起重机上安装着各种电机等耗电设施，其设备用电需要相当巨大，大功率电机的频繁启动会对整个工厂的供配电网络造成一定的影响，使电网的电压产生波动，而变频器类电力设备的应用可有效减小大型电机启动时对电网产生的影响，而变频器的使用更可以有效节约电力能源，优化电机性能和使用寿命，为企业节约运营成本和减小备件消耗。电机保护器是现在普遍应用的电机保护设备，即不仅电气元件的基本电气保护功能，还具有可编程逻辑控制器的许多功能。一般电机保护器都具有现场控制面板和运行指示灯，控制面板可实时显示当前电机运行状态，如电机非正常停机，维护人员可以通过控制面板查看电机故障信息、调取运行趋势画面。同时电机保护器还具有通信接口，可以同企业的PLC系统进行通讯，并可集成到企业现场自动化控制系统之中[2]。

3 系统分析

3.1 系统控制的基本要求

对起重机变频调速控制系统的基本要求：主、副机构升降速度调节；运行机构运行速度调节；控制系统应由PLC、继电器、操作台各主令控制器、开关、按钮、指示灯及各部位限位开关等组成。

3.2 PLC硬件选择

起重机的自动化控制系统采用工作稳定的西门子S7-300-PLC及其配套的IM153-2远程站系列的数字量/模拟量及数据通信模块，S7-300系列是西门子公司中型可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，可以很容易地组成PLC网络。

在基础自动化控制系统中，采用了大量的IM153用于主操作室内操作台、部分机旁操作台箱、PLC远程I/O柜，这些IM153通过Profibus-DP网与PLC相连，这样大大减少了现场I/O接线，提供了系统的可靠性，同时也降低了企业的投资成本。

S7-300 PLC辅助以CP343专用的稳定高速的以太网通讯卡，使各个工段的PLC系统可以进行快速的数据交换，各个PLC室均有稳压UPS进行供电，以保护突发情况下PLC的供电能保持稳定。

工程机配件配制有：HP操作员站，D-Link快速以太网交换机。

3.3 变频器选择

根据起重机电机驱动的特性和技术要求，起重机选择西门子6SE70型变频器，该变频器带测速反馈单元，作为主、副起升机构的电机驱动电气设备，6SE70型变频器标准矢量型变频器作为大、小行车行走机构的电机驱动器，完全满足行走机构的需求，6SE70型变频器通过简便的接线和参数设置，便可以进行应用，借助其兼容性强的特点能作为控制系统的一部分和PLC进行信号交互，6SE70型变频器标准矢量型变频器的内部保护功能同时为变频器和变频器驱动的电动机提供了良好的保护，同时也延长了设备的寿命降低了备品消耗。

3.4 辅件的选择

（1）断路器：为避开变频器投入时直流回路电容器的充电电流峰值，为此变频器配置的断路器容量应为电机额定电流的1.3～1.4倍，整定值为断路器额定值的3～4倍；

（2）接触器：接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用；

（3）交流电抗器：在变频器的输入端加接交流电抗器，以抑制變频器造成的高频峰值电流，或电容器开断造成的峰值电流对变频器的危害；

（4）制动单元：为减小大惯性系统的减速时间，解决变频器直流电路上的过电压问题；

（5）制动电阻器：借助制动电阻单元，消耗电机发电制动状态下从动能转换来的能量[3]。

4 上位操作

起重机使用西门子WINCC工业级监控软件作为人机交互监控软件，上位操作员可以通过西门子WINCC软件监控起重机的运行状态及检测仪表的实时参数，并对包括生产线的各种高低压传动设备、过程检测仪表、电气阀门进行控制，西门子WINCC软件可以实时显示生产线的各个检测点的重要状态信息。

WINCC软件能够对采集到的数据进行各种统计分析，包括实时数据对比分析。数据分析结果可以通过数据表、曲线图等方式显示，也可以将多参数一起进行历史数据分析，系统能够根据历史数据形成报表。

5 结束语

采用变频器实现起重机电机的调速运行，结合PLC的强大功能以及基于组态软件所开发出来的良好人机界面和通信能力，而且随着电气自动技术不断的进步的发展，使得起重机的机械动作和设备运行变得更加智能、有序、安全可控。

参考文献

[1] 郑夕健，于扬，张国忠.基于PLC的塔式起重机安全监控系统设计[J].机电产品开发与创新，2007，（05）：143-144，147.

[2] 周彩珍.基于PLC的起重机变频调速系统[J].机电工程，2007， （02）：77-78.

[3] 刘小庆，范勤.基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用[J].机械，2004，（08）：15-16，19.

作者简介

张国宏（1982-），男，吉林省通化市人；学历：本科，助理工程师，研究方向：现场起重机设备的调试与维护。