PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用

杨 旭

（唐钢中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

1 系统控制要求及设计

1.1 桥式起重机介绍及系统控制要求

桥式起重机的主要用途是根据实际生产施工的需要将被运输的物体在空间内进行移动或运输，其是由主起升系统、副起升系统以及运行系统等结构组成。桥式起重机的工作结构分为大型车的工作结构和小型车的工作结构两部分，大型车的工作结构掌控向前和向后，小型车的工作结构掌控向左和向右。同时，根据工作的速度分为4个挡位，操作时的加速时长或减速时长保持在3秒到6秒之间。 一般来说，小型车的工作结构需要1个引擎执行操作任务，而大型车工作结构需要2至4个引擎执行操作任务。由于大型车和小型车均在运行中产生强烈的惯性作用，发电机在运行中会在发电过程产生谐波电压的情况，因此，设备在工作期间需要通过制动阻力调整制动控制单元，以此实现控制能量。

1.2 设计要求

本文将起重机调控结构与PLC技术进行结合，进而起重机在运行过程中通过运用变频器完成在调速过程对PLC系统的控制信号的接收工作[1]。但是设备在实际的运行过程中经常出现谐波污染的情况，因此，本文将电抗器安装于每一个工作中的变频器中，不仅解决谐波污染问题，同时，更好的把控电流峰值，整流二极管得到更好的保护，延长使用寿命。同时，将电源输入口增添断路器装置，避免变频器产生短路的状况。

1.3 改造后控制系统基本情况

通过对起重器的运行机构进行创新和完善之后，以PLC控制系统为基础的运行机构称为下机位机构，以工业触摸屏系统为基础的运行机构又称为上机位机构或变频器调节机构。本文将在如下部分对这些运行机构进行详细介绍。

1.3.1 起升机构

起升机构即为负载机构。在实际生产中，其内部的主机构与副机构通过搭配两台变频器完成各自电动机的运行。变频器的选择是以额定电流为参考依据，一般情况下，其选择更多参考电动机的额定电流值、电动机的负载率以及变频器的使用速度等因素[2]。除此之外，起升机构的控制系统需要借助PG的控制技术实现，PLC技术直接接收电动机的传输信号，通过传输信号控制起升机构，进而避免吊钩下滑的现象。

1.3.2 运行机构

在具体的运行过程中，用到起重机的运行机构较少。因此，在对调速系统进行控制时，通过一台变频器进行控制，控制运行成本。而此时变频器的选择更加重视对电动机额定功率的考虑，一般状况而言，选用较大额定功率的变频器可以达到更好的变频效果。

2 PLC与变频器的通讯设计

起重机运行过程中的调速是依靠变频器完成，因此，在实际工作中是通过变频器的运行完成对起重机控制体系的调控[3]。PLC技术同时支持多个通信设备包括公司专用协议与通用协议等工作。在操作过程中，通过控制工业触摸屏技术控制起重机的速度调节，将PLC控制系统与MPI接口处相连接产生体积较小的MPI网点，并且通过S7-200完成数据信息以188KB/S的速度转移到人机界面的流程。

2.1 上位机与PLC之间的通信设计

在整个系统的硬件装置中，将PLC技术连接至上机位，并且对PLC技术实施集中管控。而对于整个系统的软件装置，需要将PLC技术与上机位进行数据交换，以实现交换通信信息的目标。

2.2 采用USS协议指令的编程顺序

在控制机构中，USS-INIT用于转换或更改通信信息和USS数据的参数。USS-INIT协议一般用于用户程序，其能够自动将隐藏的子程序编译为程序，从而形成可以由后台软件的分区自动控制的活动变频器，以此防止变频器因为并联引发故障。经过上述的分析，转换后的控制系统能够监控网带的工作速度，并保证变频器的工作状态随时可控。

3 PLC控制系统中各个模块在改造中应用

通过对桥式起重机控制机构的改造与创新，PLC技术的首要工作是接收和输入压力开关发送的信号，分析当下系统的运行状况，接着输出相关信息，最终对继电器进行控制，此过程是整个系统的运行状况。下列方法用于软件设计的PLC技术设计。

3.2 按钮处理模块的应用

按钮的处理是控制电动机或者控制电磁阀操作过程的开启和终止。对桥式起重机进行创新完善后，按钮模块主要用于整个电动机的系统控制和电磁阀及其实际工作框架的工作模型系统的分析和控制。主要方式是通过启动和停止电磁阀，改善整个系统的控制功能，优化工作效率和整体工作质量。因此，只有有效地控制按钮模块，管理结构和管理效果才能满足实际的工作要求，并且保证更好的优化整体运营结构和管理参数。

3.2 通讯模块的应用

PLC控制机构主要利用PLC技术控制变频器的运行，进而控制电动机的运行状态。因此，通信模块的应用是通过对控制器的指令信号或者按钮模块的指令信号进行接收，完成后通过CPU处理器对信号或指令进行计算和分析，最终将软件计算结果发送至变频器或其他工作设备，保证最终得以顺利完成操作任务。在模拟和分析通信模块的运行过程中，相关技术人员需要对模块的工作效率和工作有效性进行分析和研究，以保证控制模型以及参数机构符合实际要求。通过对PLC技术的分析与研究，我们可以得到PLC技术能够在集中操控变频器的同时，还可以控制电动机的运行，运行模块集中的价值是可以完成对有效命令的接收工作，并且将收集到的有效指令进行统一处理调配。

另外，值得注意的是，在用PLC技术完全处理通信模块的过程中，向按钮发送的控制信号可以统一处理，以保证相关信号指令符合具体要求，通过计算和分析CPU处理器，从而改善控制效果，确保控制模型符合工作的具体要求。在系统整体运行机构的末端，为了确保系统工作过程的完整性，首先，将程序计算系统进行统一集中整理，相关程序可以有效地计算系统的相应运行结果，并将结果输送到变频器以及其他工作仪器，从而保证相关工作的完成率得到大幅度提升。除此之外，因为多数通信模块在中央处理器处集中运行，相关工作可以得以集中分析和解决，因此，其计算结构能够直接输送到Profibus产业网络的输出模块和结构，使得执行设备整体的工作效率和有效性得到大幅度提升。

3.3 PID控制模块的应用

控制起重机起升机构的工作速度在实际运行中有着十分重要的意义。系统工作时，电动机的速度必须通过转换式编码设备的检测，转换卡将相关参数转换成数字信号之后发送到变频器，将这时的工作速度与之前规定的运行速度进行比对，之后使用PID控制计算的方法执行操作。因此，系统中起重机构的调控是与PID控制模块一起，连同PID控制算法共同实现的。为了使桥式起重机的工作机构得到有效地创新，需要集中处理整个工作模式，同时，在管理和控制系统上，提高管理的水平。相关技术人员在运行主要提升机和辅助提升机的过程中，需要将其运行速度进行整体的整合与分析处理，以保证技术性能满足实际的要求，并且系统的编码器可以集中处理电动机工作速度等信息。

目前，大部分系统均使用旋转编码设备集中测量电动机的工作速度，在完成测量后，数字信息与数字量通过数模转换板进行系统地传输。数小时后，为了保证执行测量满足实际的要求，需要将预设速度集中统一进行比对。此外，技术人员在使用传统的PID控制算法时，需要综合分析和比较整体的工作速度。传统的PID控制算法的优点是可以在标准化的执行层次结构中有效地实现执行的维度和效率。只有确认其运行效果符合实际的要求，才能提升工程的运行标准。技术人员应仔细审查相关组件的运行效率和影响，以保证管理和控制模型符合项目的工作标准，并确保参数的稳定性。

3.4 故障报警模块的应用

在具体的项目工作过程中，相关技术人员需要统一处理实际问题，保证管理和控制机构符合实际的工作要求，并统一整合各种模块的各种功能。尤其是设备故障问题，技术人员不仅需要提升关注度，及时运用有效措施及时解决问题，还必须通过提出与此相关的问题给予更多的注意。为了更好地监视和请求故障信号，配备早期故障警报模块的技术人员对整个系统进行综合分析，方便后续工作根据故障的发生对原因进行排序。只有系统的稳定性和安全性高，才能在一定程度上保证桥式起重机的效率。

在设计改造PLC系统的过程中，相关技术人员应对传感器的工作模型以及信息结构进行统一的检测，并对排查出的故障进行系统、有效的维修。值得注意的是，此时可能会发生变频器的缺陷和过载问题，因此，相关技术人员应结合实际情况集中完善解决该问题和弊端，以确保整个系统工作流程满足具体要求。如果将整个桥式起重机集中于企业内部统一进行管理，技术人员需要进一步完善优化特定工作流程，使工作规模能够满足实际工作的需要，并且关于预警时间做进一步的优化标注，进而完善信息收集机构和系统运行流程。但是，如果警报系统持续保持警报状态，必须需要相关技术人员解决问题，并且进行故障修复工作，有效地消除相关系统的缺陷。尤其强调的是，系统的预警模块主要使用动态图像元素是非常有参考价值的，如果由PLC技术连接报警模块，需要分析系统模块的最终运行效果，不能盲目执行编程操作。

4 效果分析

得益于便利的工作流程和应用功能，通过改造创新之后的控制系统大幅度提高了工作性能。对于桥式起重机的使用效果，通过技术创新不仅可以更好地保障其工作的安全性和可靠性，改善工作品质，还可以大幅度降低对能源的消耗利用，保证维修费用的合理利用，节约成本的同时，减轻了工作人员的工作负担，并且满足了技术要求。首先，工业用触摸屏系统可以展示整套机器和设备的操作步骤和运行状况，并及时反映故障，从而大幅度提升了项目员工的工作效率。其次，PLC控制机构依靠PLC技术调控机电设备的开启和关闭，该方法良好地实现设备工作速度的调整转换与数字信号的传输。最后，变频器用于调控具有多种速度控制功能的起重机的速度，并将其性能得到完美发挥。该系统配有主副升降机、大小型车运行系统以及四个速度挡位，大幅度提升了工作人员的工作效率。

5 总结

在对桥式起重机的控制机构进行改革创新后，通过对PLC技术和变频器技术的使用，使其在实际操作中具有很大的优势。它不仅提高所有机械设备的生产率，并且在启动设备时，减少中电流负载的冲击力，进而使起重机在控制物体升降或移动时具有更加稳定的操作。在运行过程中，该系统与PLC控制技术相结合的高科技变频器调速机构可以远程地、有效地控制电机的运行状态和速度。相关技术工作者仅需调控室控制和调整电机的加速、减速、升降或移动，该系统大幅度简化了操作过程，同时，达到快速监测变频器的缺陷并及时排除故障的效果，并且信号传输能在人机界面上清晰地显示，提升了工作效率。