PLC及变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用.doc

PLC及变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用 摘要：某厂有一日常工作量较大的10吨双梁抓斗式桥式起重机的大修过程中，采用了日本三菱公司的FX2N型PLC可编程控制器对10吨双梁抓斗式桥式起重机的电力拖动系统进行改造设计。通过对这台10吨双梁吊钩桥式起重机电力拖动系统硬件结构和控制功能的改造及其系统的软件设计，使其解决了这台10吨双梁抓斗式桥式起重机在实际使用中出现的一些问题，从而提高了这台起重机使用效率和产品生产的效率，同时对节约能源也起到积极的作用。 关键词：PLC；变频器；起重机 1.引言 1.1起重机的工作原理 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铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺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吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。 图1 原拖动系统小车主电路图 2.1现运行状况 运行状况：由于这台10吨双梁抓斗式桥式起重机已经使用了5年以上，任务繁重工作环境恶劣，致使该台起重机的电力拖动系统的稳定性、可靠性、安全性比较差。如： 2.1.1 绕线式异步电动机的转子串接电阻易烧损、断裂会造成接地故障，但电阻发生接地故障严重时会造成绕线式异步电动机烧损，而电阻断裂没有发生接地故障时，又会造成运行机构控制系统中失去一档速度或只有一个最快档的速度。 2.1.2 凸轮控制器的触头常因开闭时发生强烈火花而烧灼，致使凸轮控制器的触点接触不良，又由于凸轮控制器长期的使用，造成凸轮控制器自身内部机械的磨损，致使凸轮转动不灵活凸轮控制器触点接触不良，造成绕线式异步电动机缺相烧毁。 2.1.3 绕线式异步电动机转子串接电阻调速，机械特性炊弱，负载变化时运行不平稳，过流继电器时常会发生过流保护，但是过流继电器发生过流保护后常闭辅助触点有时恢复不到原始状态，而又在运行中电阻长期发热，造成能源严重浪费。 为解决上述问题，经过调研论证，认为采用PLC可编程控制器对10吨双梁抓斗式桥式起重机的电力拖动系统进行改造是一个比较好的方案，可解决该起重机产生的上述问题。 3 起重机电力拖动系统改造的结构和功能 3.1 起重机电力拖动系统改造的硬件结构介绍 10吨双梁抓斗式桥式起重机由大车运行机构、小车运行机构和抓斗运行机构所组成。小车运行机构为一台电动机驱动，大车运行机构和抓斗运行机构为两台电动机驱动，整个起重机电力拖动系统共有5台电动机驱动运行。为了保证各机构运行互不影响，提高起重机电力拖动系统的稳定性、可靠性和安全性，保证起重机在吊运时正常工作，采用5台变频器拖动，并由1台PLC分别加以控制的硬件结构，其控制示意图如图2。 大车1 大车2 小车 抓斗升降 抓斗开闭 图2 PLC对起重机改造的控制示意图 3.2 起重机电力拖动系统改造的硬件功能介绍 3.2.1 可编程控制器PLC的功能 通过对各种PLC的功能对比，选用由日本三菱公司生产的FX2N型PLC作为控制起重机各机构的运行，可编程控制器PLC接受主令控制器的速度控制信号，该信号为数字控制信号，信