PLC及变频器在门式起重机调速系统中的应用
日期：2007-8-10 0:34:35 来源：本站整理
点击： 作者：未知
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随着现代电子工业的快速发展，可编程控制器PLC和变频器在各个工业领域的应用越来越广泛，其性能指标也进一步完善，完全适用于铁路运输行业的工作场所。传统门式起重机的控制系统采用各种接触器、继电器、电阻器等元件，电气设备引起的系统故障率较高，造成机械故障的提高和门式起重机使用寿命的降低。本系统的应用可有效地解决这些问题。
1 系统主要特点
1）明显改善结构受力状态。
由于变频器的软启动、软停比功能，起重机起制动运行平稳，对机械、钢结构冲击小，经过实际检测，结果也证实变频调速控制系统的应用可以大大改善钢结构性能。
2）调速范围宽，性能好。
系统采用日本YASKAWA公司生产的磁通矢量控制的起重专用变频器CIMR-G5A型，具有很强的环境适应性，电源电压AC380V±15%，工作环境温度-10℃~ + 50℃。变频器内部进行模块化设计，集成度高，可靠性强。系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优秀的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。系统设有起升大、小车各5挡工作速度，操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。
3）结构简单、可靠性高、易维护。
变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构十分简单，检修方便。尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。同时，该系统也可增加自诊断功能，采用人机界而系统，通过同PLC的通讯来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。
4）提高工作效率和减小机械磨损。
起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、付钩、主钩等4挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可提高装置作业效率达30%左右，同时，变频器的软启动、软停比功能不仅减小了钢结构的冲击、还减小了制动轮与刹车片的磨损。
5)提高了安全性。
起升机构实现了闭环矢量控制，具备了零速转矩的功能，即在起升机构制动器出现机械故障而失灵的情况下，变频器可自动输出足够大的转矩（大于150%)不使负载下滑，从而提高了系统的安全性。
6）超载报警。
• 90%额定载重量时，发出断续的报警声，显示重物重量但正常工作；
• 105%额定载重量时，发出连续的报警声，2s后自动切断变频器输出，显示重物重量并停比工作；
• 120%额定载重量时，发出连续的报警声，立即自动切断变频器输出，显示重物重量同时停比工作。
7）节能效果显著。
系统所选的变频器具有自动节能操作模式，同时能较大地提高系统的功率因数和工作效率，因此节电率可达20 % 左右。
2系统构成框图（见图1)
图1
3控制方式及起升电机的选取
1）起升系统采用矢量控制，一台变频器控制一台起升变频电机，其速度的自动切换由变频专用重量测控仪和可编程控制器来完成，大、小车系统控制采用V/F控制，各由一台变频器控制多台电机。所有限位保护触点均作为PLC的输入点，经程序处理再进行保护。
2）起升电机的选取应考虑具备较宽的调速范围采用变频电机代替普通的线绕式电机。变频电机在闭环控制条件下，350Hz为恒转矩调速，50100 Hz为恒功率调速。电动机的绝缘等级为F级，绝缘结构具有对于变频器输出高载波频率电压的适应能力。电机采用了独特的
冷却结构，使用单独的冷却风机强迫风冷，保证了电机在低速恒转矩民期运行时不发生过热现象，能够承受200 %额定转矩的过载，满足125 %额定起重量的静载试验。
3）选用可靠性高、编程简单、使用方便、功能完善的PLC代替原先的继电器、接触器控制方式，与变频器相结合，实现“机电一体化”。
由于变频器的干扰因素较多，对PLC的参数采集要考虑干扰，因此在配线和接线等要注意抗干扰的措施，输出线要采用钢管作屏蔽处理，所有的控制线都采用屏蔽线，而且要注意接地问题。同时在编制程序时，要采取软件抗干扰措施。
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1 系统主要特点
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1）明显改善结构受力状态。
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由于变频器的软启动、软停比功能，起重机起制动运行平稳，对机械、钢结构冲击小，经过实际检测，结果也证实变频调速控制系统的应用可以大大改善钢结构性能。
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2）调速范围宽，性能好。
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系统采用日本YASKAWA公司生产的磁通矢量控制的起重专用变频器CIMR-G5A型，具有很强的环境适应性，电源电压AC380V±15%，工作环境温度-10℃~ + 50℃。变频器内部进行模块化设计，集成度高，可靠性强。系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优秀的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。系统设有起升大、小车各5挡工作速度，操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。
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3）结构简单、可靠性高、易维护。
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变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构十分简单，检修方便。尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。同时，该系统也可增加自诊断功能，采用人机界而系统，通过同PLC的通讯来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。
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4）提高工作效率和减小机械磨损。
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起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、付钩、主钩等4挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可提高装置作业效率达30%左右，同时，变频器的软启动、软停比功能不仅减小了钢结构的冲击、还减小了制动轮与刹车片的磨损。
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5)提高了安全性。
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起升机构实现了闭环矢量控制，具备了零速转矩的功能，即在起升机构制动器出现机械故障而失灵的情况下，变频器可自动输出足够大的转矩（大于150%)不使负载下滑，从而提高了系统的安全性。
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6）超载报警。
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• 105%额定载重量时，发出连续的报警声，2s后自动切断变频器输出，显示重物重量并停比工作；
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• 120%额定载重量时，发出连续的报警声，立即自动切断变频器输出，显示重物重量同时停比工作。
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7）节能效果显著。
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系统所选的变频器具有自动节能操作模式，同时能较大地提高系统的功率因数和工作效率，因此节电率可达20 % 左右。
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2系统构成框图（见图1)
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3控制方式及起升电机的选取
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1）起升系统采用矢量控制，一台变频器控制一台起升变频电机，其速度的自动切换由变频专用重量测控仪和可编程控制器来完成，大、小车系统控制采用V/F控制，各由一台变频器控制多台电机。所有限位保护触点均作为PLC的输入点，经程序处理再进行保护。
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2）起升电机的选取应考虑具备较宽的调速范围采用变频电机代替普通的线绕式电机。变频电机在闭环控制条件下，350Hz为恒转矩调速，50100 Hz为恒功率调速。电动机的绝缘等级为F级，绝缘结构具有对于变频器输出高载波频率电压的适应能力。电机采用了独特的
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冷却结构，使用单独的冷却风机强迫风冷，保证了电机在低速恒转矩民期运行时不发生过热现象，能够承受200 %额定转矩的过载，满足125 %额定起重量的静载试验。
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3）选用可靠性高、编程简单、使用方便、功能完善的PLC代替原先的继电器、接触器控制方式，与变频器相结合，实现“机电一体化”。
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由于变频器的干扰因素较多，对PLC的参数采集要考虑干扰，因此在配线和接线等要注意抗干扰的措施，输出线要采用钢管作屏蔽处理，所有的控制线都采用屏蔽线，而且要注意接地问题。同时在编制程序时，要采取软件抗干扰措施。
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