起重机电气设计中PLC技术的应用

文磊

摘要：在港口码头，起重机是非常重要的的装卸设施之一。特别是随着工业化的快速发展，码头上物资交流的也越来越频繁，起重机需要的运货量日益增加。为了能够满足日益增长的工作量，码头起重机结构逐渐的向大型化、复杂化趋势发展。PLC优点在于体积小、功能大、可靠性高、能够在恶劣的环境下工作，并且对不同工业控制场合都能够适应。变频器的运用完成调整功能，能够使起重机调速范围更加的广阔，除此之外，还具有低速就位作用，不仅使电动机运行效率提高了，而且稳定性、可靠性极强。而本文主要探讨55千瓦电机、ABB公司变频器的十吨码头起重机PLC的应用情况。

关键词：PLC;码头起重机;技术应用

引言

对于大型的码头起重机而言，其在工作的时候是需要对起重机启动制动加正反转频繁的进行控制，所以对于电控系统的安全性、可靠性要求较高。而在传统的电控系统中，大多数使用的都是一些继电器组合而成的控制柜，不仅控制系统相对较为复杂，而且在日常维护以及调试方面极其不方便。而码头起重机中PLC将自动化、计算机技术、通讯技术等不同的技术有效的结合在一起，使继电器使用大幅度的減少了，不仅使系统电路的设计更加的简单，而且使控制更加的高效，调试更加的便利。本文针对10吨码头起重机设计了PLC系统，主要应用于55千瓦电机以及ABB变频器中，不但将电机效率提高了，而且起重机稳定性更强，使其能耗降低的同时，将使用寿命延长了。

一、起重机电气设计中PLC技术硬件配置

（一）电动机选型

在码头机械设施中，除了一些长期负载的电动机以外，比如说输送机、泵类Y系列电动机，剩余的都是运用起重以及冶金的电动机。由于码头起重机对于起升、变幅电动机的要求非常高，所以在电动机的选择上要以变频专用的笼型转子异步电动机为主。与普通的异步电动机进行比较，变频电动机不仅内部结构不相同以外，而且对于绝缘的要求也非常高。目前码头起重机大多数都是以变频系统中交-直-交电压型为主。在国内很多用户多运用380V级供电，这时候直流母线端的电压大约是在500至600V，当能量由电动机向直流母线反馈的时候，最可以允许电压力达到800V。由于电压是由变频器IGBT模块在通过PWM调制后以正弦波进行传递的，所以高频脉冲波形成了电压波形，并且最高能够达到1000至1200V，所以对于变频电动机要求较高，其必须要符合规范的绝缘等级，所以这是普通电动机所无法替代的。PWM是变频电动机电压波主要的调制器，并且进行传递的工具，而当系统中没有加入滤波器时，会产生很多高次谐波，使电动机持续发热，这就需要变频电动机冷却效果要好。另外，变频电动机工作时可以处于低频或者是零速状态，所以，电动机风道交换热量的功能就无法发挥出来，为此在使用大功率变频电动机的时候，冷却风机的配置是必不可少的。

YZR系列变频调整电动机是由YZ、YZR系列普通电动机演变而来的，主要运用到了对不同类型起重机、其他设备的驱动上，不仅调速范围较广，而且承载能力较然而，机械强度较高。所以，非常合适用到运行较短且连续，起动、制动频繁，负荷较大且振动、冲击明显的设备，为此此次设计将其作为了电动机的选用对象。

（二）变频器选型

变频器功率输出、电流要大于或者是等于被驱动异步电机功率、电流。与电机相比较，其过载能力较弱，如果电机过载，变频器会受到损坏;或者是实际机械负载功率无法承受过大的电机功率，而用户却将机械功率调到了电机输出功率，那么这时候变频器功率要大于或者是等于电机功率。另外有些电机额定电流值非常特别，并不符合常规标准，也有些电机额定电压偏低，而电流较大，这时候变频器额定电流要大于或者是等于电机额定电流。此次设计工作环境是在 0～40℃，变频器也安装了空调以达到冷却作用，电网所输入的电压是380V。针对变频器原则，此次设计选择的是ABB公司变频器。

由于变频器功率的输出、电流的选择都要大于或者是等于被驱动异步电机功率、电流，为此此次设计所选用的变频器是ABB变频器，能够适用的电机容量是55kW，并且采用的是一对一方法，也就是说一台变频器来对一台电动机进行控制。由于旋转、行走机构电动机数量很多，并且主要是以平移机构为主，不会要求较高的转矩，所以一般情况下都是运用v/f 方式来完成控制工作。此方法能够运用多台电动机由一台变频器来带动，为此对于旋转机构主要是两台电动机由一台变频器来控制，而行走机构则是四台电动机由一台变频器控制。

（三）PLC选型

PLC运行时CPU数据的采集主要是通过扫描速度的设定，在采样完成以后会输入到CPU中进行处理，然后向用户程序进行传输，以数据的输入作为基础来对执行程序进行制定，制定完以后运用输出模块输出，扫描执行结束，在运行中CPU会重复此过程，以确保程序能够顺利完成工作。首先是采样的输入，主要是通过编程控制器将要采集的信号、数据进行读入，采集时要对采集位号扫描时间进行制定，使收集的数据能够准确的传输到与其对应的单元中。数据采集完毕会进入到执行、刷新程序，即使到达了最后程序，存储的采集数据也没有变化;其次执行程序，要以程序指令作为依据，并且严格执行，一般是由上至下，由左至右进行扫描的，扫描结果通过运算程序来计算，运行中程序的更改要在下个运行周期才会对命令进行执行;然后是刷新输出，数据扫描后经过输出传输并且对指令进行刷新，此过程重点是CPU存储中的数据刷新并且保存到锁存器中，在连接输出模块后，对外部设备驱动来达到指令执行的目的。本次设计选用的是西门子PLC，CPU选择的是CPU317-2DP/PN，此型号的CPU能够使十吨码头起重机运行、生产需求得到满足。

二、起重机电气设计中PLC技术系统实现与分析

为了能够使PLC技术在运行的时候更具科学性、合理性、可靠性，在设计中也同时采取了很多维护的措施，例如输出模块的增加。另外为了能够有效的避免由于外电路短路等各种原因而导致的输出端口出现损坏情况，在PLC技术系统的输出口也装置了短路保护设施，除此之外联锁、互锁功能软硬件设置也有所增加。

起重机电气设计中PLC技术的运用，使码头装卸的效率提高了，并且系统在运行的时候，启、制动较为平衡，在进行加、减速度的时候冲击很小，提高了安全性，使机械使用的寿命延长了;而电气的制动的实现是由变频器来完成的，使能耗降低的同时，维护量也减少了;在电机速度与零接近的时候将机械制动投入，大幅度的延长了机械刹车制动片寿命;使交流接触器大量减少的同时，达到了无级调速的目的;而PLC、变频器本身所具备的保护、检测等功能，使电控系统稳定性提高了。变频调速的改进减少了清理维护的工作量，维护成本节省了，将运行中故障发生率降低的同时，有效的缓解了技术方面的难题。

参考文献

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