該系統(tǒng)通過主令控制器給定plc的速度信號來對整個系統(tǒng)進行調(diào)速，橋式起重機大車封拧、小車复唤、主鉤、副鉤電動機都需獨立運行娄昆，大車為兩臺電動機同時拖動佩微，所以整個系統(tǒng)有5臺電動機，4臺變頻器萌焰，并由1臺plc分別加以控制哺眯。

1  引言

橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經(jīng)濟中有著十分重要的地位。經(jīng)過幾十年的發(fā)展篱瀑，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設(shè)計止槽、制造工藝，設(shè)備使用維修送县、管理方面揍久，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造桌偎，推動了橋式起重機的技術(shù)進步迁耘。但在實際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生徊岂。究其原因是頻繁的超負荷作業(yè)及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞粤未。因此，除了機械上改進設(shè)計外，改善交流電氣傳動还桶，減少起制動沖擊公杰，也是一個很重要的方面。由于傳統(tǒng)橋式起重機的電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子回路串接電阻進行有級調(diào)速苛瞬，致使機械沖擊頻繁许起，振動劇烈，因此菩鲜，電氣控制上采用平滑的無級調(diào)速是解決問題的有效手段园细。

2  橋式起重機的工藝要求

2.1 橋式起重機的主要技術(shù)參數(shù)

(1) 起重機：15/3t

(2) 工作速度：

起升速度：8～20m/min；

小車速度：30～50m/min接校；

大車速度：80～120m/min猛频。

2.2 提升機構(gòu)與移動機構(gòu)對電氣控制的要求

為了提高起重機的生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全，對起重機提升機構(gòu)電力拖動自動控制提出如下要求：

(1) 具有合適的升降速度蛛勉，空鉤能快速升降鹿寻，輕載提升速度應(yīng)大于額定負載的提升速度。

(2) 具有一定的調(diào)速范圍诽凌，普通起重機調(diào)速范圍為3:1毡熏，對要求較高的起重機，調(diào)速范圍可達(5～10):1侣诵。

(3)適當?shù)牡退賲^(qū)痢法，提升重物開始或下降重物到預(yù)定位置附近，都需要低速杜顺。為此财搁，在30%額定速度內(nèi)應(yīng)分成幾檔，以便靈活操作卿才。高速向低速過渡應(yīng)逐級減速蝉丧，保持穩(wěn)定運行。

(4) 提升的第一檔為預(yù)備檔咳综，用以消除傳動間隙鞭碳，將鋼絲張緊，避免過大的機械沖擊霍执。但預(yù)備級的起動轉(zhuǎn)矩不能大山滔，一般限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下。

(5) 負載放下時删摸，依據(jù)負載大小莉紊，拖動電動機可以是電機狀態(tài)、倒拉反接制動狀態(tài)與再生發(fā)電制動狀態(tài)攀誓。

(6) 為了安全幼潮，有機械抱閘的機械制動恤仁，以減輕機械抱閘的負擔。不允許只有電氣制動而無機械制動坯苹，不然發(fā)生電源事故停電時隆檀，在無制動力矩作用下，重物將自由下落粹湃，造成設(shè)備或人身事故恐仑。

大車運行機構(gòu)與小車運行機構(gòu)對電力拖動自動控制的要求比較簡單，只要有一定的調(diào)速范圍为鳄，分幾檔進行控制即可裳仆。為實現(xiàn)準確停車，應(yīng)采取制動停車孤钦。

2.3 起重機數(shù)字化控制系統(tǒng)的簡述

該系統(tǒng)通過主令控制器給定plc的速度信號來對整個系統(tǒng)進行調(diào)速歧斟，橋式起重機大車、小車偏形、主鉤静袖、副鉤電動機都需獨立運行，大車為兩臺電動機同時拖動壳猜，所以整個系統(tǒng)有5臺電動機勾徽，4臺變頻器，并由1臺plc分別加以控制忿震。

可編程序控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉(zhuǎn)調(diào)速等控制信號進入plc二娄，plc經(jīng)處理后肚浴，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號苇恤，使電動機工作淡碟，是系統(tǒng)的核心。

變頻器：為電動機提供可變頻率的電源供窝，實現(xiàn)電動機的調(diào)速一步。

制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)百涕，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中率满，使直流電壓不斷上升，甚至達到危險的地步斩角。因此夷呐，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)伶丐。制動電阻就是用來消耗這部分能量的悼做。

3  系統(tǒng)設(shè)備的選用

3.1 電機的選擇

起重機提升和運行機構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)在60%以上肛走，負載多為大慣量系統(tǒng)漓雅。嚴格意義上的變頻電機，轉(zhuǎn)動慣量較小朽色，響應(yīng)速度較快邻吞，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求纵搁。普通電機與變頻電機在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致吃衅；在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差腾誉。

普通變頻器在調(diào)度比為1:20的范圍內(nèi)確保起重機上普通電機有150％的過載力矩值徘层。此外起重機電機多用于大慣量短時工作制，通常不工作時間大于或略小于工作時間利职。電機在起動過程中可承受2.5倍額定電流值趣效，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機要求在整個工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運行則必須采用風冷式電機撼盈。

作為提升機構(gòu)的電機選用適合頻繁起動绊叙、轉(zhuǎn)動慣量小、起動轉(zhuǎn)矩大的變頻用電機节讹。目前夸营，國外以四極電機作變頻電機首選極數(shù)。電機功率為：

式中p——功率漾肩，kw贫介；

w——額定起重量(最小幅度時)＋吊釣重量＋鋼絲繩重量，n掘鱼；

v——提開速度翠蓄，m/s；

η——機械效率鸣拦。

用變頻器驅(qū)動異步電動機時抢纹，由于變頻器的換向沖擊電壓及開關(guān)元件瞬間的開閉而產(chǎn)生沖擊電壓(浪涌電壓)引起電機絕緣惡化，對電壓型pwm變頻器應(yīng)盡量縮短變頻器與電機間接線距離或者考慮加入阻尼回路(濾波器)葱妒。

電動機功率的選擇谚剿，必須根據(jù)生產(chǎn)的需求來決定。一般來說匪煌，起重機用電動機比一般工業(yè)生產(chǎn)機械所用的電動機的功率大10%左右责蝠。

電動機的選擇取決于下面兩個主要條件：

(1) 發(fā)熱。電動機在工作時萎庭，一方面將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能而作功霜医，另一方面由于電動機繞組本身的阻抗要消耗一部分電能轉(zhuǎn)變成熱能齿拂，使電動機的溫度升高。電動機由于受體積結(jié)構(gòu)等的限制肴敛，內(nèi)部絕緣材料的耐熱能力很差署海，極易造成老化。當溫度超過電動機所允許的限度時医男，絕緣能力被破壞砸狞，電動機將燒毀。電動機銘牌上都規(guī)定有電動機的溫升镀梭，它指的是電動機在額定負載下運行時刀森，定子發(fā)熱后的允許溫升與周圍環(huán)境溫度之差。

(2)過載能力报账。各種電動機都有一定的過載能力研底。交流電動的過載能力tm是最大轉(zhuǎn)矩m與額定轉(zhuǎn)矩mc的比值，即一般起重機用的交流異步電動機的過載能力為2.5～3.3迄帘。交流電動機的過載能力為：

式中修扁，imax——電動機允許的最大電流值；

ic——電動機的額定電流值榔况。

各種電動機的過載能力可從設(shè)計手冊中查得峡逆。

電動機因過載而發(fā)生溫升需要有一段時間，從發(fā)熱方面來說钩榄，容許有短時的過載念弧。但就過載能力而言，即使在很短時間內(nèi)也是允許的武也。所以發(fā)熱和過載能力必須同時考慮偶村。

橋式起重機的電氣傳動系統(tǒng)有大車電動機兩臺、小車動機一臺匹溪、15噸大鉤、3噸小鉤提升電動機各一臺爽咒，這次設(shè)計總的思路是用4臺變額器來控制5臺電機玩冷。根據(jù)分析計算后電機的基本選型見表1。

表1 電機的選擇

3.2 plc的選型

3.2.1 在選擇plc時的注意要點

(1) 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求炼幔，分析被控對象的復(fù)雜程度秋茫；

(2) 對i/o點數(shù)和i/o點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計乃秀；

(3) 適當進行內(nèi)存容量估計的基礎(chǔ)上肛著，確定留有適當?shù)挠嗔慷焕速M資源的機型(小、中跺讯、大形機器)枢贿；

(4) 結(jié)合市場情況殉农，考察plc生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持局荚、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況超凳，選定價格性能比較好的plc機型。在plc實際應(yīng)用中耀态，是以其為控制核心組成電氣控制系統(tǒng)轮傍，實現(xiàn)對生產(chǎn)、工業(yè)過程的控制首装。

3.2.2 選型時的注意事項

(1) 在plc選型時主要是根據(jù)所需功能和容量進行選擇抱典，并考慮維護的方便性，備件的通用性赊偿，是否易于擴展绵另，有無特殊功能要求等。

(2) plc輸入/輸出點確定：i/o點數(shù)選擇時要留出10%～15%的余量沸恤。

(3) plc儲存容量：系統(tǒng)有模擬量信號存在或進行大量數(shù)據(jù)處理時容量選擇大一些队淳。

(4) 儲存時間、維持時間：一般儲存期保持1～3年(與使用次數(shù)有關(guān))真稚。若要長期或斷電保持應(yīng)選用eeprom儲存(不需備用電源)千雏，也可選外用儲存卡盒。

(5) plc的擴展：可通過增加擴展模塊农帝，擴展單元與主單元連接的方式误目。擴展模塊有輸入單元、輸出單元舆飒，輸入/輸出一體單元轴私。擴展部分超出主單元驅(qū)動能力時應(yīng)選用帶電源的擴展模塊或另外加電源模塊給予支持。

(6) plc的聯(lián)網(wǎng)：plc的聯(lián)網(wǎng)方式分為plc與計算機聯(lián)網(wǎng)和plc之間互聯(lián)網(wǎng)兩種能真。與計算機聯(lián)網(wǎng)可通過rs-232c接口直接連接赁严，rs-422+rs-232c。一臺計算機與多臺plc聯(lián)網(wǎng)粉铐，可通過采用通訊處理器疼约，網(wǎng)絡(luò)適配器等方式進行連接，連接介質(zhì)為雙絞線或光纜蝙泼；plc之間互聯(lián)時可通過專用通訊電纜直接連接程剥，通訊板卡或模塊+數(shù)據(jù)線連接等方式。

(7) 不要將交流電源線接到輸入端子上汤踏，以免燒壞plc织鲸。

(8) 充分合理利用軟、硬件資源溪胶。

(9) 不參與控制循環(huán)前已經(jīng)投入的指令可不接入plc搂擦。

(10) 多重指令空閑等待一個任務(wù)時稳诚，可在plc外部將它們并聯(lián)后再接入一個輸入點。

(11) 盡量利用plc內(nèi)部功能軟件盾饮，充分調(diào)用中間狀態(tài)采桃，使程序具有完整連貫性，易于開發(fā)档价。同時也能減少硬件投入脂壁，降低成本。

(12) 條件允許的情況下最好獨立每一路輸出靡黑，便于控制和檢查揖帕，也保護其它輸出回路；當一個輸出點出現(xiàn)故障時只會導(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控帽惠。

(13) 輸出若為正/反向控制的負載挎茂，不僅要從plc內(nèi)部程序上聯(lián)鎖，并要在plc外部采取措施剧鹏，防止負載在兩方向動作热轨。

(14) plc緊急停止應(yīng)使用外部開關(guān)切斷，以確保安全盔惑。

3.2.3 plc型號的確定

本設(shè)計應(yīng)用了德國西門子公司simatic s7-300系列的plc進行控制梨耽。由于它有極強的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用律坎。設(shè)計中應(yīng)用的i/o端子數(shù)分別是：輸入點數(shù)為56個统岭，輸出點數(shù)為39個；根據(jù)要求選用的模塊如表2所示粉臊。

表2  plc模塊的型號

3.3 主令控制器的選用

主令控制器主要用于要求按一定順序頻繁操縱的控制線路中草添，如繞線電動機按順序切除轉(zhuǎn)子附加電阻，也可實現(xiàn)與其它控制線路聯(lián)鎖扼仲、轉(zhuǎn)換的目的远寸。它的結(jié)構(gòu)與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有些類似，也是通過手柄操作凸輪屠凶，使觸點按規(guī)定的接通表閉合或斷開電路而晒，但其觸點對數(shù)較多。主令控制器的觸點沒有滅弧裝置阅畴，使觸點分斷能力只比按鈕稍大。

有觸點的主令控制器有兩種：一種是凸輪可以調(diào)整迅耘，另一種是凸輪不能調(diào)整贱枣。有觸點的主令控制器，對電路輸出的是開關(guān)量主令信號颤专；無觸點的主令控制器(又稱無級主令控制器)纽哥，對電路輸出的是模擬量主令信號钠乏；無觸點主令控制器的內(nèi)部是一個自整角機，其轉(zhuǎn)子由操作手柄帶動柬激。

本系統(tǒng)選用的主令控制器的型號是lk5-052/2-1003诽祠。特點：lk5系列主令控制器適用于交流50hz電壓至380v及直流電壓至440v的電路中，主要用于各類型電力驅(qū)動裝置的遙遠控制行忘，可以控制需要較多控制電路的聯(lián)鎖與轉(zhuǎn)換裝置秧诊，適合于頻繁操作任務(wù)。但它不適用于有化學活躍性牡徘，易燃氣體及充滿灰塵以及非常潮濕的場所喧撕。它的手柄在各操作位置時，各觸點閉合或斷開情況用表3來表示式伶，表中“ⅹ”處代表觸點在該位置上閉合呀琢，空格代表觸點處于斷開狀態(tài)。

表3  主令控制器觸點接通表(lk5-052/2-1003型)

4  結(jié)束語

橋式起重機變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能贡金、減少機械磨損壕归、啟動性能好等優(yōu)點。

本文主要研究的是起重機數(shù)字化控制系統(tǒng)的設(shè)計衅侥，通過用主令控制器給定plc控制信號癞季，該信號分別控制大車、小車棠耕、主鉤余佛、副鉤的速度檔和行走方向，從而控制電機的方向和轉(zhuǎn)速窍荧，在變頻器的輸入端設(shè)定3個速度信號端子辉巡，然后通過plc編程控制來實現(xiàn)。

采用plc來控制蕊退，具有可靠和靈活的切換邏輯功能郊楣。plc與變頻器兩者的結(jié)合應(yīng)用于橋式起重機控制系統(tǒng)中，具有很好的實用價值和顯著的經(jīng)濟效益瓤荔。

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