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关于控制技术在天车上的应用

摘要：桥式起重机又称天车，是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机。

天车是厂矿、仓库等部门常用的起重设备，在工业生产过程中起重举足轻重的作

用。随着人们对天车自动控制系统的要求越来越高，PLC、变频器等控制技术在

工厂设备中的应用越来越广泛。本文就此阐述控制技术在天车上的应用。

关键词：天车；天车；控制技术；PLC；变频器；应用

引言

天车是生产物流过程中一种主要的起重运输设备，其利用的效率关系着企业

的生产节奏。然而传统的天车控制技术已经很难满足生产的需求，因此对天车控

制技术进行完善，在天车中充分应用PLC、变频器等控制技术对天车具有极其重

要的意义。

1、天车拖动系统

1.1天车的运行机构

第一，大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动（以司机的坐向

为参考）；第二，小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动；第三，吊

钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动。

1.2负荷特点

天车的拖动系统负载都属于恒转矩性质，且其起升机构为位能性负载。

1.3控制要求

第一，起升机构要求起动转矩大，起动运行平稳。能够实现正反转运行且要

有超载、限位、限流等多种保护；第二，起升机构在启停过程中易出现“溜钩”

问题。由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要时间（约

0.65秒），而电动机转矩的产生或消失，是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因

此，制动器和电动机在动作的配合上极易出现问题。要有相应的防止措施。起升

机构中要有机械制动器。起重用变频器具有零速全转矩功能，若重物停在空中时

出现电源瞬间停电等情况，就会有重物下滑的危险。因此，电动机轴上必须加装

制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。

2、天车传统控制技术的缺陷

天车是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械。天车电力拖动系统多采用

绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继

电器、接触器控制。这种控制系统主要缺点是：(1)天车工作环境恶劣，工作任

务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。(2)继电——接触器控制

系统可靠性差，操作复杂，故障率高。(3)转子串电阻调速，机械特性软，负载

变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要

从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。(4)由于现场环境中的

金属粉尘、有害气体对电动机集电环、继电器的腐蚀与短路，再加上继电器、接

触器控制系统切换频繁，起动时，冲击电流大，因此触头烧损、电刷冒火、电动

机烧损故障时有发生，故障率高。(5)系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动

器损害很大，闸皮磨损严重而引起的安全隐患。

随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日

新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，

为PLC控制的变频调速技术在天车拖动系统中的应用提供了有利条件。

3、PLC的主要构成

PLC是一种数字运算操作的电子系统，被广泛应用于自动化控制系统，控制

机械运行。它结构的中枢部分是一个可编程的存储器，用户将逻辑运算、控制流

程、定时、数字输入、模拟输入等程序指令编写好并储存到存储器中，通过I/O

设备或接口输出，进而控制各种机械设备的运行和生产。PLC有丰富的编程元件，

编程使用梯形图，比较简单易掌握，且可以实现复杂的控制功能。它用软件代替

继电器，减少了触点接触，提高了系统的可靠性和稳定性。

PLC主要包括CPU、输入模块、输出模块和编程装置几个部分，I/O模块可

多可少，最大数量由CPU的容量决定。CPU模块主要由微处理器和储存器组成，

用来采集信号、执行用户程序、处理中断和存储程序及数据。I/O模块用来接收

输入设备输入的数字或模拟信号、输出控制信号，变频器、接触器、电磁阀、调

节阀、指示灯和数字显示装置等外部设备都是由输出接口的信号来控制的[4]。

编程器用来产生用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行

情况。

4、变频调速的基本原理

根据异步电机的知识，异步电机的转速公式为：

n=60f（1-S）/P(1)

其中：n为异步电动机的转速，单位为r/min；f为定子的电源频率，单位为

Hz；S为电机的转速滑差率；P