PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言 5 G! J7 M6 t7 P2 Y5 ~+ n0 B
傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，繼電—接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：
1.1 橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。
2 繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。
1.3 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。
年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成8 h1 ~9 ^$ j4 [9 h2 K' K+ O
PLC控制的橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1所示
橋式起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、主鉤，副鉤電動(dòng)機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車(chē)為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，所以整個(gè)系統(tǒng)有5臺(tái)電動(dòng)機(jī)，4臺(tái)變頻器傳動(dòng)，并由4臺(tái)PLC分別加以控制。- A' b/ u1 m. Q! |% r s' R
2.1 可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分
控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心。% g1 \# |4 G4 x7 M( v# B/ v
2.2 變頻器：為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。# f, y* i! s- O" j% r' Z2 u
2.3 制動(dòng)電阻：起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力加速度的原因電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。
橋式起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)工作由各自的PLC控制，大車(chē)、小車(chē)、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)都運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)，控制過(guò)程基本相似，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)基本相同，而主鉤電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)處于電動(dòng)、倒拉反接或再生制動(dòng)狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)稍有區(qū)別?？刂菩≤?chē)電動(dòng)機(jī)的變頻器與PLC控制原理圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，必須對(duì)PLC進(jìn)行編程，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過(guò)程。
傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，繼電—接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：
1.1 橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。
2 繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。
1.3 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。
年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成8 h1 ~9 ^$ j4 [9 h2 K' K+ O
PLC控制的橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1所示
橋式起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、主鉤，副鉤電動(dòng)機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車(chē)為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，所以整個(gè)系統(tǒng)有5臺(tái)電動(dòng)機(jī)，4臺(tái)變頻器傳動(dòng)，并由4臺(tái)PLC分別加以控制。- A' b/ u1 m. Q! |% r s' R
2.1 可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分
控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心。% g1 \# |4 G4 x7 M( v# B/ v
2.2 變頻器：為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。# f, y* i! s- O" j% r' Z2 u
2.3 制動(dòng)電阻：起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力加速度的原因電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。
橋式起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)工作由各自的PLC控制，大車(chē)、小車(chē)、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)都運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)，控制過(guò)程基本相似，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)基本相同，而主鉤電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)處于電動(dòng)、倒拉反接或再生制動(dòng)狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實(shí)現(xiàn)稍有區(qū)別?？刂菩≤?chē)電動(dòng)機(jī)的變頻器與PLC控制原理圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，必須對(duì)PLC進(jìn)行編程，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過(guò)程。
3.1 橋式起重機(jī)小車(chē)電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程
在駕駛室門(mén)及橫梁欄桿門(mén)關(guān)好后，位置開(kāi)關(guān)SQa、SQb、SQc閉合，緊急開(kāi)關(guān)SB2等符合要求的情況下，速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM通電吸合，三相電源接通。
當(dāng)速度選擇開(kāi)關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度1時(shí)，將三相交流電和電動(dòng)機(jī)接通，1檔速度起動(dòng)，速度選擇開(kāi)關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度2時(shí)，2檔速度運(yùn)行，一般橋式起重機(jī)正反向均有5檔速度，其余與此類(lèi)似。$ @$ v1 l+ Y9 G9 B
速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位或由于停電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。為防止因停電、變頻器跳閘等使拖動(dòng)負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險(xiǎn)，仍設(shè)置有機(jī)械制動(dòng)裝置。: C0 T" s% k, i6 Y! T
當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，可立即拉開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)SB2，一方面機(jī)械制動(dòng)將所有電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，另一方面將變頻器緊急停機(jī)控制端EMS接通，變頻器將使電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，可使熱繼電器的觸點(diǎn)FR接通變頻器的外接保護(hù)控制端，使變頻器停止工作。1 y$ o5 ?: C& K( |3 t' g$ a* m
位置開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2裝在小車(chē)兩頭。當(dāng)小車(chē)行走到終端時(shí)，兩端各有擋塊，撞上位置開(kāi)關(guān)，切斷小車(chē)電路，小車(chē)電動(dòng)機(jī)停車(chē)并制動(dòng)。
變頻器因發(fā)生故障而跳閘后，當(dāng)故障已被排除、可以重新起動(dòng)時(shí)，按下復(fù)位按鈕SB，接通復(fù)位控制端RST，使變頻器恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。$ V3 v7 b* H) t, [8 f, N! @0 R
3.2 控制小車(chē)電動(dòng)機(jī)的變頻器輸入控制端的安排
一般橋式起重機(jī)有五檔速度，所以3個(gè)外接開(kāi)關(guān)K3、K4、K5來(lái)控制速度信號(hào)，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的（實(shí)際可達(dá)8檔速度），外接開(kāi)關(guān)狀態(tài)與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。用戶(hù)可自由設(shè)定與每檔速度對(duì)應(yīng)的頻率大小。
3.3 梯形圖
小車(chē)電動(dòng)機(jī)的梯形圖程序如圖3所示。' B" j1 W4 b( G
4 結(jié)束語(yǔ)
u: m: {8 ^) }
利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的各檔速度、加速時(shí)間和制動(dòng)減速時(shí)間都可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負(fù)載變化時(shí)，各檔速度基本不變，調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車(chē)電動(dòng)機(jī)仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動(dòng)機(jī)的費(fèi)用。( T$ z5 j. W% O# K3 { T% q
本文只以小車(chē)電動(dòng)機(jī)的控制為例來(lái)分析系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。其它電動(dòng)機(jī)制控制原理相同，只是電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和工作過(guò)程稍有區(qū)別，只需在此基礎(chǔ)上略作修改即可。
在駕駛室門(mén)及橫梁欄桿門(mén)關(guān)好后，位置開(kāi)關(guān)SQa、SQb、SQc閉合，緊急開(kāi)關(guān)SB2等符合要求的情況下，速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM通電吸合，三相電源接通。
當(dāng)速度選擇開(kāi)關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度1時(shí)，將三相交流電和電動(dòng)機(jī)接通，1檔速度起動(dòng)，速度選擇開(kāi)關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度2時(shí)，2檔速度運(yùn)行，一般橋式起重機(jī)正反向均有5檔速度，其余與此類(lèi)似。$ @$ v1 l+ Y9 G9 B
速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位或由于停電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。為防止因停電、變頻器跳閘等使拖動(dòng)負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險(xiǎn)，仍設(shè)置有機(jī)械制動(dòng)裝置。: C0 T" s% k, i6 Y! T
當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，可立即拉開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)SB2，一方面機(jī)械制動(dòng)將所有電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，另一方面將變頻器緊急停機(jī)控制端EMS接通，變頻器將使電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，可使熱繼電器的觸點(diǎn)FR接通變頻器的外接保護(hù)控制端，使變頻器停止工作。1 y$ o5 ?: C& K( |3 t' g$ a* m
位置開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2裝在小車(chē)兩頭。當(dāng)小車(chē)行走到終端時(shí)，兩端各有擋塊，撞上位置開(kāi)關(guān)，切斷小車(chē)電路，小車(chē)電動(dòng)機(jī)停車(chē)并制動(dòng)。
變頻器因發(fā)生故障而跳閘后，當(dāng)故障已被排除、可以重新起動(dòng)時(shí)，按下復(fù)位按鈕SB，接通復(fù)位控制端RST，使變頻器恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。$ V3 v7 b* H) t, [8 f, N! @0 R
3.2 控制小車(chē)電動(dòng)機(jī)的變頻器輸入控制端的安排
一般橋式起重機(jī)有五檔速度，所以3個(gè)外接開(kāi)關(guān)K3、K4、K5來(lái)控制速度信號(hào)，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的（實(shí)際可達(dá)8檔速度），外接開(kāi)關(guān)狀態(tài)與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。用戶(hù)可自由設(shè)定與每檔速度對(duì)應(yīng)的頻率大小。
3.3 梯形圖
小車(chē)電動(dòng)機(jī)的梯形圖程序如圖3所示。' B" j1 W4 b( G
4 結(jié)束語(yǔ)
u: m: {8 ^) }
利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的各檔速度、加速時(shí)間和制動(dòng)減速時(shí)間都可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負(fù)載變化時(shí)，各檔速度基本不變，調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車(chē)電動(dòng)機(jī)仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動(dòng)機(jī)的費(fèi)用。( T$ z5 j. W% O# K3 { T% q
本文只以小車(chē)電動(dòng)機(jī)的控制為例來(lái)分析系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。其它電動(dòng)機(jī)制控制原理相同，只是電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和工作過(guò)程稍有區(qū)別，只需在此基礎(chǔ)上略作修改即可。
本文標(biāo)簽：PLC控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用
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