基于plc控制变频调速在桥式起重机应用

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基于PLC控制变频调速在桥式起重机应用　　【摘要】本文介绍了桥式起重机控制系统，通过S7-300PLC编程以及变频器调速，来实现桥式起重机的半自动化，能检测各个电机故障现象并送往工业触摸屏进行显示，方便维护及维修人员的修理。【关键词】桥式起重机；S7-PLCSIM；变频调速1.引言在桥式起重机控制系统中采用PLC控制也越来越多，运用PLC能简化电路，使设计更加简单，安全和可靠[1]。传统的桥式起重控制系统主要采用继电器接触器进行控制，采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速，这种系统存在可靠性差，操作复杂，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点。本题目针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上，并进行了较深入的研究，控制系统主要采用桥式起重机变频调速技术后具有节能、减少机械磨损，启动性能好等诸多优点。2.桥式起重机简介7 桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的，一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿辅设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿辅设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间调运物料，不受地面设备的阻碍[2]。由于现代工业技术的飞速发展，传统的桥式起重机系统存在的可靠性差，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点已无法满足社会的需求，因此本设计将针对以上问题对桥式起重机控制系统进行改进。而基于PLC的桥式起重机系统的控制就是一种由PLC控制的桥式起重机系统，利用变频器的变频调速对桥式起重机进行编程、调试，可以解决传统桥式起重机控制系统存在诸多的问题，变频调速以其可靠性好，高品质的调速性能、节能效益显著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。3.桥式起重机的系统控制要求对桥式起重机变频调速控制系统的基本要求：（1）主、副机构升降速度调节；（2）运行机构运行速度调节；（3）保护功能：主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保护等。控制系统应由PLC、继电器、操纵台各主令控制器、开关、按钮、指示灯及各部位限位开关等组成。桥式起重机大车、小车、主钩、副钩都需要独立运行，大车为两台电动机同时拖动，经变频器传动，并由PLC加以控制。各部件的功能及实现方法如图1所示：4.PLC的选择7 目前PLC使用性能较好的有SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司。本课题主要选用西门子PLCS7-300系列，主要根据如下：（1）选用该机型可以满足桥式起重机电气控制系统涉及较多输入/输出端口的要求。（2）西门子PLC目前应用比较成熟，技术上有保证，且有丰富的成功经验可以鉴戒，缩短系统开发的周期，降低成本。（3）西门子S7-200通讯功能比较弱，不利于上下位机的通讯，同时功能比较简单，不能满足控制要求。S7-400主要用于大型的集散控制系统中，由于选用S7-300就可以满足工艺控制要求，因此没有必要选择S7-400，增加成本[2]。根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，我们采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。5.变频器起重机变频器，特别是主钩及副钩变频器，需配用制动电阻。起重机放下重物时，由于重力作用起重机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步[3]。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。7 变频器在实际使用中，电动机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行，变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出，即变频器的外部运行操作，大大提高了生产过程的自动化程度[4]。变频器运行操作：（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。6.桥式起重机工作过程7 在启动状态下，各类设备的控制应根据操作面板上的按钮输入来控制，升降机在启动和停止时，通过检测变频器输出的频率，控制电磁制动器的运行，其工作过程如下：（1）接通电源，启动系统；（2）按下大车运行按钮，大车启动，通过加速、减速按钮改变大车速度；（3）按下小车运行按钮，小车启动，通过加速、减速按钮改变小车速度；（4）按下升降机运行按钮，升降机启动，通过加速、减速按钮改变升降机速度。当需要重物悬停半空时，减小变频器输出频率，直到设定值，频率停止下降，启动电磁制动器，将重物抱住，防止溜钩现象；当重物需从半空开始上升或下降时，增加变频器的输出频率，到达某设定值时，停止上升，停止电磁制动器工作，松开重物，变频器输出频率持续增加到所需值。7.下位机设计　　在Step7中，用项目来管理一个自动化控制系统的硬件和软件。这些项目又由SIMATIC管理器集中管理，通过该管理器可方便地浏览SIMATIC.S7.C7和WinAC的数据。SIMATIC管理器提供两种创建项目的方法：使用向导创建项目和手动创建项目[5]。在这里，我们使用向导来创建项目。7 直接建立的项目只包含一个MPI对象，需要通过“插入”菜单来手动添家对象，用户可以插入一个PLC站，先进行硬件组态，完成硬件组态后，再在相应CPU的S7程序目录下编辑用户程序；也可以先插入一个独立的S7程序，编写用户程序，再进行硬件组态，等组态完成后将程序复制到相应的CPU中。双击“OB1”进入梯形图编辑画面，如图4所示。在这里编写梯形图程序，本设计没有采用功能和功能块，也没有应用到数据块等模块，所有程序都编写在组织块“OB1”中，程序比较易懂。打开所要调试的程序块，点击按钮，然后选择“调试”菜单下的“监视”命令，开始对程序块里梯形图进行调试。此时，我们仍可用Step7中的变量监控或程序块在线监视等功能来测试PLC程序，也可查看当前CPU的状态（扫描时间、存储空间等），操作方法与实际PLC的操作基本相同。8.监控画面在PLCSIM仿真窗口将仿真PLC的CPU置于运行模式，打开WinCC窗口，激活项目，如图6，观察桥式起重机的仿真过程，其中可以像实际监控操作那样开关阀门、修改参数、查看运行数据和曲线等。通过这种方式，我们可以测试上位机软件，检查相应的功能和错误，方便维护及维修人员的修理。9.结束语7 由PLC控制的桥式起重机系统，将可编程序控制器、变频器和触摸屏控制技术应用于桥式起重控制系统中，使得起重机的整体特性得到较大提高，投入运行后效果良好，运行稳定，同时可提高产品的质量和生产效率。参考文献[1]李永乐.交流电机数字控制系统[J].机械工业技术，2008，5（09）：72-168.[2]胡崇岳.现代交流调速技术[J].变频交流技术应用，2010，8（02）：29-96.作者简介：王娟（1983—），女，吉林人，硕士，吉林工业职业技术学院助教，研究方向：过程控制。7