PLC在桥式起重机中的应用.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datePLC在桥式起重机中的应用PLC在桥式起重机中的应用PLC在10吨双梁吊钩桥式起重机电力拖动系统中的应用摘要：在对铸造车间使用的10吨双梁吊钩桥式起重机的大修过程中，采用了日本三菱公司的FX1N型PLC可编程控制器对10吨双梁吊钩桥式起重机的电力拖动系统进行改造设计。通过对这台10吨双梁吊钩桥式起重机电力拖动系统硬件结构和控制功能的改造及其系统的软件设计，使其解决了这

2、台10吨梁吊钩桥式起重机在实际使用中出现的一些问题，从而提高了这台起重机使用效率和产品生产的效率，同时对节约能源也起到积极的作用。关键词：PLC；变频器；电抗器；起重机1 引言由于这台10吨双梁吊钩桥式起重机在铸造车间已经使用了5年以上，任务繁重工作环境恶劣，致使该台起重机的电力拖动系统的稳定性、可靠性、安全性比较差。如：1.1 绕线式异步电动机的转子串接电阻易烧损、断裂会造成接地故障，但电阻发生接地故障严重时会造成绕线式异步电动机烧损，而电阻断裂没有发生接地故障时，又会造成运行机构控制系统中失去一档速度或只有一个最快档的速度。1.2 凸轮控制器的触头常因开闭时发生强烈火花而烧灼，致使凸轮控制

3、器的触点接触不良，又由于凸轮控制器长期的使用，造成凸轮控制器自身内部机械的磨损，致使凸轮转动不灵活凸轮控制器触点接触不良，造成绕线式异步电动机缺相烧毁。1.3 绕线式异步电动机转子串接电阻调速，机械特性炊弱，负载变化时运行不平稳，过流继电器时常会发生过流保护，但是过流继电器发生过流保护后常闭辅助触点有时恢复不到原始状态，而又在运行中电阻长期发热，造成能源严重浪费。为解决上述问题，经过调研论证，认为采用PLC可编程控制器对10吨双梁吊钩桥式起重机的电力拖动系统进行改造是一个比较好的方案，可解决该起重机产生的上述问题。2 起重机电力拖动系统改造的结构和功能2.1 起重机电力拖动系统改造的硬件结构介

4、绍10吨双梁吊钩桥式起重机由大车运行机构、小车运行机构和升降运行机构所组成。小车运行机构和升降运行机构各为一台电动机驱动，大车运行机构为两台电动机驱动，整个起重机电力拖动系统共有4台电动机驱动运行。为了保证各机构运行互不影响，提高起重机电力拖动系统的稳定性、可靠性和安全性，保证起重机在吊铁水时正常工作，采用4台变频器拖动，并由1台PLC分别加以控制的硬件结构。控制系统流程如图1。主令控制器2主令控制器3主令控制器1PLC变频器4变频器3变频器1变频器2M4M3M2M1大车 小车 升降图1 PLC对起重机改造的硬件结构图 PLC I O KM KA1 KA2 KA3 KA4KA5 KA6 KA7

5、 KA8COM COMX000X001X002 Y000X003X004X005X006 Y001X007X010X011X012 Y002X013X014X015X016 Y003X017X020X021 Y004X022X023X024 X025 Y005 Y006Y007Y010NL220V SB2 SB1 山SB3 山SB4 .SA11山SA10SA9SA8SA7SA1SA2SA3.SA4SA5SA6FR1SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6启动停止 电 源急停复位前进控制1前进控制2正 转前进控制3前进控制4前进控制5零锁反 转后退控制5后退控制4后退控制3后退控制2档 位后退控制1

6、热保护向前限位档 位后退限位 安全开关1安全开关2安全开关3档 位复 位急 停过 载安全开关4 N AC200V L图2 PLC系统的I/O接线图2.2 起重机电力拖动系统改造的硬件功能介绍2.2.1 可编程控制器PLC的功能通过对各种PLC的功能对比，选用由日本三菱公司生产的FX1N型PLC作为控制起重机各机构的运行，可编程控制器PLC接受主令控制器的速度控制信号，该信号为数字控制信号，信号电平为AC 、220V。这些控制信号包括：主令控制器发出的正、反转及调速控制信号、电动机过热保护信号、安全限位器信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。可编程控制器PLC针对这些信号完

7、成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出启动、急停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需工作状态。2.2.2 变频器的功能接收可编程控制器PLC提供的控制信号，并按设定向电动机输出可变压、变频的电源，从而实现电动机的调速。2.2.3 电抗器的功能在变频器电源输入端和输出端分别安装电源侧交流电抗器和噪声抑制交流电抗器。使用电抗器以后可以减小高次谐波对电源、功率因数、无线电设备等干扰。2.2.4 主令控制器的功能去掉凸轮控制器改用主令控制器，起重机操作者可按要求通过主令控制器向可编程控制器PLC发出各种控制信号操作起重机。2.2.5 泄能电阻（制动电阻）的功能10吨双梁吊钩桥式起重机电动机正、反

8、转时，由于重力加速度的原因，电动机处于再生制动状态，拖动系统的机械转化为电能，并存储到电压型变频器的滤波器电容器的两端，使直流电压不断上升甚至能够击穿电器绝缘，当电压升高到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路这部分能量，保证电器安全运行。2.2.6 拖动电动机的功能根据变频器提供的变压、变频电源，将电能转化为机械能。10吨双梁吊钩桥式起重机原用的是YZR系列电动机，可以去掉集电环、碳刷将其转子回路短接后就可以作为普通电动机使用，这样可以降低大修改造的成本费用。3 起重机电力拖动系统改造的软件设计及应用10吨双梁吊钩桥式起重机大车运行机构、小车运行机构及升降运行机构的电动机分别由不同的变频器和一

9、个可编程控制器PLC控制。大车运行机构、小车运行机构及升降运行机构之间变频器和可编程控制器PLC控制结构和软、硬件设计基本相同。在这里介绍以小车运行机构电力拖动系统经改造后的电控系统为例来说明。如图2、图3。 kA1 kA2 kA3 kA4 kA5 kA6 kA7 kA8制动电阻COM FWD REV X1 X2 X3 RST EMS THRR US VT W电抗器电抗器KMM 图3 变频器系统原理图3.1 PLC控制小车运行机构电力变频拖动系统工作及软件设计3.1.1 10吨双梁吊钩桥式起重机的工作过程通向桥架的门上、司机室的平台门上和横梁的栏杠门上均装有安全装置。上述各门关好后1#、2#、

10、3#、4#安全装置开关常闭触点打开，急停开关断开，三个主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于前进控制档位时，电动机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同频率的电源，达到调速的目的。主令控制器共分5档，从慢速到快速依次为前进（后退）控制5和前进（后退）控制1，第5档为前进（后退）控制1且电动机满负荷运行。在运行中，不论何种原因电动机停止运转，继续采用原来的三相液压制动器。在紧急情况下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。在实际中，变频器因故障跳闸、电动机过载或热元件动作，在故障排除以后，才可以按下复位

11、按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。3.1.2 PLC控制小车运行机构变频拖动系统的软件设计要实现PLC对变频器控制满足运行要求，必须从这台10吨双梁吊钩桥式起重机设备的工作过程、设备特点、安全要求出发，结合PLC控制特点，编制PLC控制程序。小车运行机构PLC控制系统的梯形图，如图4所示。3.2 PLC控制小车运行机构变频拖动系统的速度设定实际使用中用了3个中间继电器来控制速度档位，分别向变频器X1、X2、X3端子提供不同速度控制信号，通过变频器设定不同的对应速度，共可以提供8档速度。而10吨双梁吊钩桥式起重机实际只有5档速度，中间继电器的状态、变频器的控制端子X1、X

12、2、X3的状态与对应速度设定频率值如表1所示。其中“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。从表中看出，1至5档为均匀调速，设备运行中不存在明显的机械冲击，设备运行平稳。小车运行速度在这里设定为从低频到高频的顺序控制。速度档次012345频率设定/HZ02525201510K03/X1010101K04/X2000110K05/X3011000表1 速度频率档次设定及继电器状态对照表 X002 Y007 急停 X003 Y006 复位 X017 Y010 过载 X002 X022 X023 X024 X025 X011 X000 X001 Y000 电源 X000 Y010 Y000 X00

13、4 X020 Y002 Y001 正转 X005 X006 X007 X010 X016 X021 Y001 Y002 反转 X015 X014 X013 Y005 X012 X004 Y003 1挡 X016 X005 Y005 2挡 X015 X006 Y003 3挡 X014 Y004 X007 Y004 4挡 X013 X010 Y003 5挡 X012图4 PLC控制系统梯形图4 结束语把可编程控制器PLC控制的变频拖动系统应用到10吨双梁吊钩桥式起重机中，使各电动机各档速度、加速时间和制动时间都可以根据实际工作情况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，速度运行平稳，设备的故障大幅下降，电动机烧损明显减少，同时减少对电网高次谐波的影响。更重要的是解决了设备检修时，给检修人员分析、判断和排除电气故障提供了方便，并且检修速度明显加快，同时现场使用设备维护量减少，提高了起重机使用效率和产品生产的效率。此外由于不使用电阻器启动调速，对节约能源也起到积极的作用。参考文献1、日本三菱公司FX系列可编程控制器PLC控制器使用手册。2、西门子变频器使用手册。3、电动通用桥式起重机使用说明书。-