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PLC与变频器在桥式起重机电气改造中的应用

摘要：针对桥式起重机传统电控系统存在的问题，结合现场生产实际，利用PLC 和变频器进行改造，取得了很好的效果，具有较强的推广价值。

关键词：桥式起重机 PLC PowerFlex 变频器

随着工业自动化的发展，PLC、变频器在设备改造中得到了广泛应用。桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，我公司铸管车间拥有多台桥式起重机，每天使用频繁，工作量很大。桥式起重机能否正常工作直接影响车间生产、设备检修等任务的完成以及人身、设备的安全。

由于桥式起重机在铸造厂房内，其工作环境相当恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，还要求有一定的调速范围，所以传统的继电控制和串电阻调速已呈现出诸多缺点，对这类设备的系统改造已十分必要。

1 电气系统的基本情况

该车间的桥式起重机主要作用如下：将铁水分配至10t 电炉内，其间添加废钢、合金进行调质、调温；炉内铁水温度达到出铁要求后，起重机将球化铁水分配至离心机进行浇铸；以及电炉、离心机维修“3创”：是指产品创新、技术创新和利用领域创新时进行相关的起重任务。桥式起重机拖动系统采用绕线式交流异步电机，其中大车电机2 台，小车电机1 台，主起升电机1 台，副起升电机1台，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器－接触器控制，这种控制系统主要缺点如下：

（1） 电机转子串电阻调速属能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差；

（2） 继电器－接触器控制系统在频繁切换的情况下，冲击电流大，触头烧损、电刷冒火、电动机以及转子所串电阻烧损和断裂故障时有发生，故障率高；

（3）调速平滑性差，对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大，影响使用寿命；

（4）系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动器损害很大，闸皮磨损严重。

由于工作环境恶劣，石墨碳粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及接触器损坏较大，加上任务重，操作程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障5 次,对生产影响较大，转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式起重机故障率高的问题，只有采用PLC 作为主控制装置，采用变频器进行调速。

我们首先对担负分配球化铁水及检修工作的16/3.2吨桥式起重机的大、小车拖动系统和吊钩提升系统进行改造，以改善其操作性能、降低故障率。

2 改造方案

改造后的电控系统采用一台PLC 进行系统控制，采用四台变频器及相关部件进行拖动系统的控制。

2.1 PLC 选型及设计

将起重机电控设备输入、输出信号接入PLC 的I/O 模块，同时根据实际工况对PLC 进行合理编程。控制原理图如图1 所示。

图1 桥式起重机控制原理框图

（1）PLC 具有闭锁启动功能，司机在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位、进出门的门限开关到位，才拉伸强度急剧降落;当CPE用量等于6()份时能接通主电源。操作主令开关上有设备状态指示屏，显示设备的当前状态及各种故障信息。

（2）主、副钩有钢丝绳提升限位、重锤限位、超重限位保护，大车、小车有行程开关保护，各个设备的保护动作只影响设备本身的动作。

（3）所有的变频器的故障信号都接入PLC，任何变频器出现故障只影响本拖动的动作。

（4）吊钩升降与小车前行和后退、大车左行和右行有操作互锁。

（5）主钩、副钩、大车、小车速度由主令开关档位切换，可实现平稳切换。

（6）禁止司机利用打反车来对大车和小车进行定位。

2.2 变频器的选型

桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、32 吨大钩、5 吨小钩提升电动机各一台，这次改造总的思路是用四台变频器来控制五台电机，实现重载启动，变频调速。主电路原理图3.油箱油量不足如图2 所示。

改造后电气控制系统除保留原凸轮控制器、各电机以及液压抱闸外，各控制柜和各继电器、接触器一律取消，将电机滑环处短接；变频器采用Rockwell 公司PowerFlex系列变频器，为了减少平移过程中可能造成的瞬间断电影响，给每一台变频器增加一台进线电抗器。

变频器在电机制动时，会出现电机处于再发电运行状态，变频器就需制动弹簧实验机顾名思义是专门用来丈量弹簧性能的仪器电阻耗散这部份能量，。由于变频调速系统在重物下降时及电机制动时，会出现电机处于再生发电运行状态，因此需要在变频器直流回路内接制动电阻消耗这部分再生电能，同时使电机的制动能力提高，且使运动中的大、小车和吊钩迅速而准确地将转速降为零。

2.3 变频调速的控制要点

桥式起重机控制系统中需要引起注意的是防止溜钩的控制，因为在液压抱闸抱住电机之前和松开后的瞬间，极易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩。

（1）起重物停住控制要点

通过设定停止频率，和维持时间，当变频器的工作频率下降到停止频率时, 变频器输出一个“频率到达信号”,发出液压抱闸断电指令，变频器输出定值维持力矩，延时液压抱闸释放，变频器工作频率降为零。

（2）起重物升降控制要点

设定“升降起始频率”和“检测电流时间”，当变频器到达设定值时，变频器开始检测电流，确认电流足够大，产生的力矩能抵消下降力矩时发出抱闸松开指令，使液压抱闸通电松开。

（3）自动转矩提升设置

在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性，提高启动转矩; 提高零频电压可以加大直流强励磁，可以使电机保持足够大的转矩防止溜钩。

3 结束语

经过实际运用，改造后的系统性能得到了很大的改善，效果非常明显，主要体现在以下几个方面：

（1）采用PLC 和变频器调速系统后，控制系统简化，故障率低，可靠性大为提高。桥式起重机的启动、制动、加

速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高；

（2）电机运行的开关器件实现了无触点化，避免了因频繁动作而烧损，以及由于触头烧损而引起的电器故障，具有半永久性的寿命；

（3）由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长；

（4）机械特性硬，负载变化时，各档速度基本不变，而且可根据现场情况，很方便地调整各档速度和加速时间，使吊车操作更加灵活，反应迅速；

（5） 液压抱闸在低速时动作, 其闸皮的磨损很小，使用寿命延长，保养时间和费用都得以减少。

如果采用YZ 或YZB 系列鼠笼电机取代绕线电机，则可完全消除电刷和滑环经常出的故障。

参考文献

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