变频器和PLC在大型起重机控制中的应用探讨

陈飞龙

摘要：随着科学技术的发展，起重机的性能和质量都得到了明显提高，在未来起重机的研究中将更加注重保证设备稳定，提升节能效果等方面。本文针对大型起重机展开了探讨，介绍了起重机控制系统和基本要求，并探讨了变频器与PLC在控制系统中的具体应用，最后对系统应用效果进行了剖析。

关键词：变频器;PLC;大型起重机;控制;系统运行

起重机械属于特种设备，大型起重机常被应用于港口码头和物流运输中，由于起重机作业环境比较复杂，且工作量大，人们对起重机的作业效率和作业质量要求较高，基于此，大型起重机的控制系统应具有控制精准、维护成本少且可靠稳定的特点。起重机控制系统是起重机的核心系统，传统的起重机控制系统主要利用接触器和继电器来实现对外部设备的控制，随着人们对起重机的性能要求不断提高，这种控制系统已经不能满足实际需求。变频器与PLC在起重机控制系统中的合理应用能够满足上述要求，并且具有良好的节能效果。

1  起重机控制系统简析和基本要求

1.1控制系统

变频器与PLC是现代大型起重机控制系统的核心元件，在起重机运行过程中，通常要通过制动单元配置进行制动能耗，通过电气控制系统的有效控制来维护电器元件。从整个控制过程来看，系统启动主要依靠凸轮进行控制，并接收PLC传送上升和下降等特定指令，调用PLC时选用提前编制的程序。

1.2基本要求

通常来讲，起重机控制系统应具有一定的稳定性，例如当载荷超过额定载荷很小值，起重机要能正常工作，当供电系统产生极小的波动时要求控制系统也能保障机构正常运行，而且不会溜钩。在实际工作中，大型起重机的控制系统应具有保护功能，可以通过合理的布设变频器参数和光电编码器之间的连接来实现保护功能。此外，制动器线路中应安装安全保护装置，当制动器线路存在故障时，安全保护装置可以切断制动器电源，防止对电器设备造成损伤。利用变频器与PLC的控制系统要能够进行多点控制。如果发生断电，控制系统要能够保障制动器，使其进行安全动作，防止机械设备发生损伤。

2 变频器与PLC介绍

PLC也称可编程序控制器，它主要由电源、CPU与输入输出等部分组成。PLC含有丰富的指令，是一个智能化系统。PLC可以通过采样输入信号来执行用户程度和控制输出，其主要是面向外部设备来实现自动控制，近年来，PLC在自动化控制方面得到了广泛应用。但是由于大型起重机工作环境比较复杂，一旦程序在执行时发生异常，就可能产生意外，一些关乎安全的功能也会无法使用，使整個控制系统瘫痪。因此，为了保持系统的稳定，在系统设计时不能完全依赖于PLC，并且相关规范标准也要求起重机自身必须具有急停功能，其安全功能的实现需要软件与硬件相结合。基于此，在设计大型起重机内部的控制系统时，可以对关键控制点进行双重互锁设计，从而使控制系统具有较高的安全性。变频器作为一种控制元件，它主要是通过工频转换来改变电动机的转速。变频器不需要编程，但是在使用前要对常规参数进行设置。变频器可以将输出频率设定为固定值，然后利用PLC实现动态控制。

3  变频器与 PLC 的具体应用

3.1  变频器的具体应用

变频器是起重机控制系统的重要组成部分，因此，要科学地挑选变频器，在变频器中提供标准接口可以对系统进行远程诊断，同时对外部通信进行控制。同时要选择合适的制动断续器，使系统内外部之间能联系起来，对电阻进行有效制动，从而让系统可以进行动态制动。变频器通常具有保护功能，如果出现故障可以通过保护功能实现整体保护，同时，变频器抗冲击力较强，它能够实现闭环矢量控制，可以对起重机进行多段控制。

3.2  PLC 的具体应用

PLC 具有操作简单、控制精准、抗干扰能力强等优点，因此被应用到起重机控制系统中。PLC 控制过程较简单，首先应进行输入采样，PLC要通过扫描的方式读取输入口的信号，这种扫描式的读取信息不会发生遗漏，使控制更加精准，扫描完成后将信号输入到映像寄存器中，然后进行程序的执行，系统会自动对数据运算处理然后进行输出。PLC的运行模式为循环扫描工作模式，当完成一个周期后，系统自动进入下一个循环周期。通过计算机实现PLC指令的编译可以控制开关的闭合，进而对各部件进行控制。

3.3  制动单元

在起重机的日常运行过程中，其电动机会产生一定的负载，且此负载在特定条件可能会变成机械能，为了处理上述机械能，就要运用制动单元。通常有两种方式，第一种是通过直流线回馈，这种方式主要是将机械能转化后再回馈给电网，但是，这种方法对电网标准要求较高，回馈装置价格也比较高，因此，很少使用。第二种方法是通过制动电阻与制动单元吸收并处理能量，在多次实践中表明这种方法具有可行性。

4  系统运行

4.1  变频器

在起重机系统中，通过运用DTC技术，变频器可以实现零转速满转矩和低电流大转矩，有效进行反馈。电动机在经过磁通优化后，其运行时产生的噪声被有效缓解，在满足电动机负载标准的同时提高了运行效率。同时，起重机在工作过程中负载是变化的，即使在这种情况下，起重机仍具有较高的工作效率，变频器抗冲击能力强，通过运用闭环矢量控制功能，可以实现对多段速度的控制，使起重机控制性能有所提高。

4.2  定期检修

大型起重机的控制系统要定期进行检修，首先要进行电阻试验，主要针对系统内的开关触头，检查其是否有短路现象，是否接触良好。其次要对变压器和电动机等常用设备进行直阻测试。通过测试，将接头温度过高且直阻也不在标准范围的元件或设备记录下来，然后进行分解检测，系统考虑相关影响因素，全面分析，找到问题，并进行及时处理，再对有问题部件进行相关测试，直到各数据恢复标准值方可。

4.3  综合管理

起重机在运行时由电控系统进行控制，电控系统主要通过PLC编程进行控制，PLC控制系统性能良好，并且功能性较强，它可以实现对外部设备的控制，操作比较方便直观，更有利于人们对起重机进行综合管理。此外，运用PLC控制技术能够在较大层面完成设备的全面控制，技术人员可以在操作室内部安装触摸显示屏，这样可以实时掌握系统的运行状态，一旦系统出现故障，可以第一时间进行处理。

5  应用效果

与以往的控制系统相比，运用变频器与PLC的控制系统能够增加环境效益与经济效益。传统的起重机耗能较多，其需要通过电阻串联构成转子回路，时间一长，此回路会消耗大量电能，变频器与PLC的应用节约了能源，符合现代发展理念。变频器能够通过调整电源频率来控制转速，不用把电能消耗在外界电阻中，这就减少了电能的消耗，此外，当起重机进行减速制动时，变频器可以把电能反馈至电网，使能源循环利用，具有较高的环境效益。此外，变频器与PLC的应用延长了各元件和设备的使用寿命，尤其体现在接触器上，以往的控制系统因动作频繁，接触器触头使用次数过多极易损坏，变频器与PLC的应用解决了这一问题，设备维修保养费用支出大大减少，企业能够节省大量成本投入，具有明显的经济效益。

6  结语

综上所述，对大型起重机的控制来说，变频器与PLC的应用不仅能够使控制系统平稳可靠地运行，而且具有一定的环境效益和经济效益，在今后的研究中，要注重变频器和PLC在大型起重机控制中的应用的研究，让其发挥更大的作用和功能，并得到广泛推广和使用。

参考文献

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[2]郑树民.变频器在起重机中的应用[J].郑铁科技，2019（04）：38-40.