plc 和变频器在桥式起重机中的应用

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1、PLC和变频器在桥式起重机中的应用1概述桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，我厂输煤系统现有多台桥式起重机，工作量大，使用频繁。桥式起重机电力拖动系统多采用绕线式交流异步电机，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是:1）大车、小车、吊钩升降、开闭拖动运行系统采用变阻调速，运行性能差，而且电阻元件使用普通康铜材质，性脆易断裂，故电阻烧损和断裂故障时有发生，又制成栅状，高温时易弯曲变形造成短路事故。2）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。3）由于现场环境中粉尘、有害气体对电动机集电环、继电

2、器的腐蚀，再加上继电器、接触器控制系统切换频繁，起动时，冲击电流大，因此触头烧损、电刷冒火、电动机烧损故障时有发生，故障率高。4）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。5）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。随着电力电子技术的飞快发展和软件技术的成熟，变频器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此，在桥式起重机上应用PLC和变频调速技术，可实现桥式起重机的抓斗的升降、开闭，小车和大车机构的无级调速，从而极大地提高了系统运行的安全性和精确性。2变频调速改造方案对担负我厂9台锅炉和6台造气炉原料煤上料工作的3#吊车（10t桥式起重机）的大、小车电

3、力拖动系统，吊钩升降、开闭电力拖动系统进行变频调速技术改造，以改善其操作性能、降低故障率。桥式起重机的电气传动系统工作原理框图如图1所示。2.1变频调速改造方案设计10t桥式起重机的电气传动系统为：大车电动机2台，额定功率2×11kW；小车电动机1台，额定功率15kW；提升电动机1台，额定功率37kW；开闭电动机1台，额定功率37kW。改造的具体设计方案是:1）电动机采用原有的，即大车的鼠笼式异步电动机，其他的绕线式异步电动机保持不变。2）用4台变频器来控制5台电机，实现重载启动与变频调速，主电路电气原理框图如图1所示。3）电气控制系统中原各电气控制柜和继电器、接触器一律取消，更换为新电气控

4、制柜，变频器采用的是日本安川CIMR-G7A、CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重专用变频器。4）调速方式采用具有矢量控制功能的变频调速系统，转速分挡调节。5）制动方式采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方式。运行（重物下降）时，采取在变频器直流回路内接入制动电阻的方式消耗掉再生的电能，把运行的大、小车和吊钩迅速而准确地停止住（速降为0）。吊钩作业时，常常有将重物在半空中停留一段时间的现象（如重物在空中平移或突然停电时），变频调速系统虽然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干扰（如平移时常出现断电），可靠性差。因此，还必须同时采取电磁制动器进行机械制动以配合可靠完成作业。2.2

5、电气工作原理1）吊钩升降、开闭机构电气拖动系统吊钩升降、开闭机构拖动系统各有一台电机，由于吊钩升降、开闭机构拖动系统电机同时工作，因此两套机构不能共用一套变频器。在司机操作室联动台上分别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器Ks、Kf。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器Ks、Kf给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、打开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动打开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器Cs、Cf，使制动器动作。变频器有短路、过压、缺相、失压、过流、超速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障

6、信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。吊钩升降、开闭机构除了变频器内部有保护功能外，还设置了线路保护：（1）零位保护，由主令控制器零位触点实现此功能；（2）限位保护，由高度限制器实现；（3）线路设有低压断路器作为短路保护。2）小车运行机构电气拖动系统小车运行机构由一台变频电机驱动，采用1台变频器控制，系统控制方法与起升机构电气传动系统类似。3）大车运行机构电气拖动系统大车运行机构由两台变频电机驱动，采用1台变频器控制，系统控制方法与小车运行机构电气传动系统类似。3变频器与PLC的选择3.1变频器的选择变频器采用日本安川CIMR-G7

7、A、CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重专用变频器。3.1.1变频器控制方式的选择由于起重机机构多为恒转矩负载，故选用带低速转矩提升功能的电压型变频器。平移机构惯量较大，负载变化相对小，属于阻力性负载，故大车、小车选用U/f开环控制方式的安川CIMR-F7B4045型变频器；起升机构惯量较小，负载变化大，属于位能性负载，为获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，通常采用矢量控制方式