PLC变频控制系统在桥式卸船机中的应用

2019-11-29乔宏琦孙同峰吕艳秋

中国新技术新产品 2019年2期

乔宏琦孙同峰吕艳秋

（大连港散杂货码头公司，辽宁大连 116600）

0 前言

桥式卸船机是一种应用于港口码头上的重要设备，其主要用于对港口码头上货物进行转运与装卸。我国货物的进出口量一直处于增长态势，桥式卸船机的应用将有助于提高港口的货物装卸效率。为满足港口装卸需求需要不断地对桥式卸船机进行改进升级，通过对桥式卸船机进行PLC变频改造将有助于提高桥式卸船机的工作效率，并降低桥式卸船机的能耗。桥式卸船机控制技术经过不断地升级已经由传统的直流可控硅技术转变为现今的PLC变频调速技术，PLC变频调速技术具有良好的调速性能与节能效率。因此应当积极做好PLC变频调速技术的研究与应用，在提高桥式卸船机控制效率的同时降低桥式卸船机的能耗。

1 PLC变频调速原理

PLC变频调速主要是以PLC控制的为核心所发展起来的一种控制技术，其利用PLC的高可靠性、数字性、计算性能强等特点，实现对桥式卸船机运行状态的监控，并结合所编写的程序对桥式卸船机电机运行状态进行PLC变频调速，从而使桥式卸船机能够以最为经济、高效的状态运行。PLC变频调速具有3个方面的特点。

1.1 工作方式

PLC变频调速是通过分布式布置的I/O模块就近控制继电器的方式，完成对于桥式卸船机的变频调速的。

1.2 工作特点

PLC变频调速所使用的PLC作为控制的核心，大量使用数字化电子元器件，其受周边环境影响较小，能够长时间稳定高效的工作。PLC所使用的微电子技术避免了传统（继电器控制）控制中所使用的机械式方式，大量采用电子控制方式有效地提高了PLC变频调速的控制精度和控制的可靠性。PLC变频调速控制可以实现现场施工和设计同步进行。

1.3 变频调速

PLC变频调速主要依靠PLC技术和IGBI模块的有机结合，能够对鼠笼式电机进行良好的控制。同时PLC变频调速器能够实现电机位能和动能向电能的转化反馈，在提高桥式卸船机工作效率的同时降低桥式卸船机的功耗，实现节能提效。

PLC变频调速控制所使用的主控制电路主要有2种。

（1）整流电路。整流电路主要用于对进入桥式卸船机的外部工频电源进行整流，并通过逆变电路和控制电路为PLC变频控制电路提供24 V直流电源。整流电路控制主要分为直流电源控制和直流电流控制。

（2）逆变电路。逆变电路主要是由6个半导体开关器件构成，利用6个半导体开关器件组成三相桥式逆变电路。通过有规律地控制逆变电路的6个半导体开关器的通断，从而使逆变电路能够形成所需要的各种频率的三相交流电输出，其通过PLC变频电路的控制将控制直流电源逆变为控制交流电源。

2 PLC变频控制技术在桥式卸船机上的应用

通过对桥式卸船机进行PLC变频控制改造将能够有效地提高桥式卸船机的工作效率，并降低桥式卸船机的工作能耗。在将PLC变频控制技术应用于桥式卸船机的过程中，某型桥式卸船机所使用的起重电机，决定了PLC变频控制技术将采用带测速反馈接口的变频器作为桥式卸船机上的电机变频控制，对桥式卸船机的起升/开闭/俯仰等电机进行驱动控制，而使用不带测速反馈的变频器控制的桥式卸船机电机则主要包括桥式卸船机上的大、小型车行走驱动电机。

PLC变频控制技术在桥式卸船机上的应用原理主要是利用分布于桥式卸船机上各处的传感器，对桥式卸船机的运行状态进行监测，并根据输入PLC中的各种类型信号利用PLC中的程序进行运算判断，从而控制桥式卸船机进行相应的变频操作。桥式卸船机变频控制中所使用的PLC除了完成桥式卸船机自身的运行状态监测实现对于桥式卸船机的自动变频控制外，还可以接收上位机传输来的控制指令完成对于桥式卸船机的变频控制。

桥式卸船机所使用的PLC变频控制技术其PLC程序的编制采用模块化的编制方法，按照按钮处理模块、通信模块、PID控制模块以及故障报警模块4个部分完成对于桥式卸船机PLC变频驱动控制程序的编制，桥式卸船机所使用的PLC与各变频器之间采用PROFIBUS总线协议进行通信连接，用以完成PLC变频控制系统之间的通信。

PLC变频控制系统在桥式卸船机的控制应用中除了需要满足桥式卸船机的各项功能外，还需要积极做好各安全保护系统的设置。

2.1 对于桥式卸船机上的起升/开闭机构的安全保护

桥式卸船机的起升/开闭机构的安全保护主要依靠加装的行程限位开关来完成，其要以避免桥式卸船机起升/开闭机构超过上下端最大限程。电机变频器主要用于桥式卸船机起升机构的超速保护，避免桥式卸船机上的各部电机在运行过程中过载、过电流、断相或是短路，当发生上述故障时变频器将及时切断对电机的供电，保护桥式卸船机上的电机。

2.2 桥式卸船机小车/大车机构的安全保护系统

应用于桥式卸船机小车/大车机构安全保护的系统，主要用来实现对于小车/大车机构锚定检测和慢速评议控制，保护桥式卸船机上小车/大车机构部分的安全运行。

2.3 桥式卸船机俯仰机构部分的安全保护

通过在桥式卸船机俯仰机构中安装一套终点限位和速度限制机构来避免桥式卸船机俯仰机构电机部分产生过载、过电流、短路等问题，保护桥式卸船机正常、安全运行。

2.4 桥式卸船机供电侧的检测保护

桥式卸船机的供电侧能够对桥式卸船机的整体供电，PLC变频控制系统通过在供电侧加装空开保护来避免控制系统产生过载，同时将空开的运行信号输入至PLC中，对桥式卸船机控制系统的安全运行状态进行检测，当供电侧出现问题时及时地对系统进行保护，并将空开动作信号输入至PLC中形成报警信息，提示并帮助相关维修人员快速进行桥式卸船机的故障定位与排除。

3 将PLC变频控制技术应用于桥式卸船机中的优势

将PLC变频控制技术应用于桥式卸船机中不仅能够有效提高桥式卸船机的控制效率，而且提高了桥式卸船机控制的安全性与可靠性。桥式卸船机PLC变频控制系统能够快速地完成桥式卸船机的减速与升降，有效提高桥式卸船机装卸效率。通过PLC变频控制技术对桥式卸船机中的电机进行控制，可以实现重载慢速、轻载快速、精准定位等控制，使桥式卸船机上各电机在运行过程中保持平稳状态，延长了桥式卸船机的使用寿命并增强了使用效果。此外，桥式卸船机上电机在零速度时也不会出现重物下滑和制动失效等问题，保障了桥式卸船机的安全运行。