PLC和变频技术在交流桥式起重机控制中的应用

商仕金

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

掌握桥式起重机的主体结构、工作传动原理，及其PLC和各种变频传动技术等基础知识后，能更好地学习操作和管理维护一台桥式起重机，确保桥式起重机长寿命周期稳定安全运行，助力机械企业社会经济效益的不断提升。同时，交流PLC和液压变频维护技术成功应用于大型交流液压桥式重力起重机后，由于设备自动化技术程度较高，对设备维护操作人员的专业技术水平也提出了更高的要求，所以需要设备维护技术人员不断提升专业技术水平，掌握交流PLC和液压变频维护技术，确保桥式起重机长周期稳定运行。

1 桥式起重机概述

图1 桥式起重机示意图

在钢铁企业中，桥式起重机主要被广泛应用于大型物料的起重、材料的起重、存储以及仓库起重设备运输架的管理工作。就一般实际使用条件情况而言，目前常见的桥式起重机主要由以下4个部分和主要机械结构和零部件综合组成[1]。

（1）大型桥式起重机的采用大车主体结构，大车主体结构主要用途是通过4个圆形车轮用来驱动飞机进行各种横向起重运输。

（2）传统桥式小车起重机的采用小车起重运行系统结构，小车起重运行系统结构主要原因是由于利用传统桥式小车起重机系统中的小车起重提升制动装置以及电力运输中的电力系统，通过两轮小车驱动在一个相应的电力桥架上运行实现的纵横向电力运输。

（3）关于桥式升降起重机的存储升降运输结构，为有效率地完成升降物料的移动存储与升降运输，需要同时进行各种相应的升降物料存储升降运输作业，其中桥式升降机的结构上还需要配有相应的风力发电机、齿轮机的驱动以及各种减速辅助装置，制动器、极限制动开关、吊钩以及卷筒等传动机构。

（4）完整的电气桥式起重机的正常运行还可能需要同时配置一套相应的电气系统，主要配置包括主机配电室、控制室以及电气通道与电动扶手等配电设施，确保桥式起重机在规定工作时间内能够有序正常进行。

2 PLC和变频技术的设计

以交流继电接触器手动控制电路为技术基础的新型交流高压桥式凸轮起重机，手动控制电路是个比较成熟的控制电路，虽然在现代计算机没有真正应用普及到很多工业机械设备之前，利用交流凸轮驱动控制器和其它主令驱动控制器直接进行手动操作控制，确实是可以充分体现它的经济性，但也仍然存在不少小的缺点：电动转子与所串联的电阻不易调速，特性由于曲线不平滑，调速工作效果不理想。对此引入了PLC技术。在系统设计采用PLC和变频控制技术时，变频无级调速控制系统不仅可有效地为变频交流电和桥式汽车起重机的变频电动机转速提供无级变频控制电源，从而对变频电动机转速进行无级变速调频，在调速控制变频过程中它还可有效地自动实现对变频控制电路的平稳无级调速。其中，起重机的整体区域运行管理控制电路系统将重机控制电路的电源开关量精度，作为重机控制电路电压输出和电源输入的测量标准，但是，由于目前起重机区域控制电路的整体运行和管理控制系统工艺操作流程较为复杂，所处的工作环境较为恶劣，对于重机控制电路系统的整体运行性能要求较为严苛。因此，将PLC和交流变频控制技术结合运用于新型交流变频桥式重力起重机自动控制电路中，可对桥式起重机自动控制电路频率进行科学自动调控，确保重机控制电路正常运行稳定。

3 PLC和变频控制技术在桥式交流电和桥式重力起重机自动控制系统中的重要应用

3.1 用仪器PLC及接触器a来模拟整个凸轮轴及控制器的正常工作

用一个三控制挡位的带有主令驱动控制器与两只带有升降驱动控制器的按钮组合作为一个操作控制器件，就已经可以直接达到用它的PLC及接触器等来模拟控制凸轮轴等控制器的正常工作。其应用电路学的优越性主要是：

（1）由于保留系统原有的驱动电阻器和驱动控制操作方式常年不变，使系统操作者同时能够快速容易上手。

（2）同时节省了主令控制器的多个控制触点，降低了系统故障率。

（3）通过使用接触器进行配合控制可直接实现系统远距离自动控制，有效地大大减少了控制触头的振动损坏。

（4）工作可靠性高，操作方便，降低了系统操作管理人员的劳动强度。

（5）通过手工改造主令控制器，节省了基于PLC的多个输入控制接口，提高工作可靠性和使用经济性。

（6）用于对PLC进行控制不仅提高了利用电路驱动控制的工作可靠性，且同时可大大缩短系统改造操作周期，维修方便。

（7）通过利用凸轮主令驱动控制器可以代替使用凸轮主令控制器进行控制，可以大大提高主令控制器的使用寿命，减少了用凸轮主令控制器根据来回方向转动可能产生的机械磨损或造成机械卡死等安全问题。在工程设计时，为了有效节省其中PLC的其中输入、输出两个接点，提高其中PLC的使用经济性，可对其中输入、输出两个接口的长度分配接线作适当的长度调整：①连接可把楼梯舱门、端梁及楼梯栏杆等舱门安全控制保护的常用分开式接触头串联在一起后再连接在端口，一样可以达到安全控制性能要求[2]。②二又凡是系统的所有开关极限安全保护位置控制开关、急停位置开关、舱门、端梁及开关栏杆和阀门漏电保护门等开关均与总系统电源开关串联，实现总系统电源安全保护和总控制器的作用。由于开关系统设计要求所有电动门上的开关必须可靠安全闭合，系统开启才能自动通电正常工作，故门上的开关装置采用了常规断开触点，确保用户人身安全。

3.2 用变频器控制代替电阻器起动和调速控制

起重机的调速变频自动调速控制系统主要采用调速变频自动调速控制技术和s/PLC调速技术，实现了调速变频器在起重负载上的广泛应用，取代了目前传统的驱动电机式和转子自动调阻变频调速控制系统。该控制系统中的电控控制线路由连接变频器和连接PLC及开关电源的步进线控制开关、线路接触器、辅助线路开关、辅助线路继电器等主要器件部分组成。PLC可可根据制动系统功能设定和自动检测系统参数自动控制整台起重机的正常启动、制动、停止、可逆制动运转及调速系统运行，使整台起重机能够实现平稳正常操作，提高电机运行管理效率，改善电机超负荷运行作业，消除电机启动和停止制动时的外力冲击，减少家用电气设备维护员的工作量，降低了发电能源的消耗，提高了电机功率损失因数。同时，系统还实现可以同时实现过输出电流、过电压、欠交流电压和各个输入电路缺相启动保护，以及同时实现电动变频箱机器内部超温、超载、超速、制动等各单元器件过热、i/o异常故障启动保护，并能同时实现对电动变频箱机器内部电动机的异常故障启动保护等[3]。

由自动变频器和PLC机组构成的卧式起重机自动变频器和调速控制系统主要具有上述如下几个显著特点：

（1）自动调速控制范围宽，可用于满足高速精确定位作业控制性能要求的高速作业控制项目。

（2）重力变频器的广泛使用成功实现了重力电动机高速软启动、软启动停止，降低了重力电动机的软启动对起重机械传动系统的压力冲击，可明显大大改善民用钢结构的设备承载能力性能，延长了重力起重机的设备使用寿命。

（3）高速控制电动机在车速达到一定零速时，能全力矩通过制动系统输出，即使在高速度时制动器内部发生机械松动或者发电机操作失灵时，也不会自动停止出现任何非负重物体的移动或者下滑，确保了高速制动监控系统安全可靠。

（4）具有快速的动态响应，不会出现溜钩，并真正实现了"零速交叉"功能[4]。

4 结语

总而言之，交流电或桥式重型起重机自动控制电路自动控制操作方式对于重型起重机来说至关重要，通过将PLC和多种变频控制技术综合应用在大型交流高压桥式重力起重机的自动控制上，不仅可以提高控制电路自动控制的工作可靠性，减少电路控制触点，降低维修技术人员劳动强度，而且它还可以同时达到很好的经济节能环保效果。因此，为了能确保桥式起重机正常运行过程作业的安全性和稳定性，需要维修技术人员不断加大研究力度，努力提升自身的专业技能，确保PLC和变频技术在交流桥式起重机控制中得到有效运用，充分发挥起重机在钢铁企业中的作用。