PLC控制的变频调速在桥式起重机拖动系统中的应用

1、引言
　　传统桥式起重机的电力拖动系统采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻的方法进行起动和调速，继电―接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：
　　1.1 桥式起重机工作环境恶劣，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。
　　1.2 继电―接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。
　　1.3 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。
　　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桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件。
　　2、系统硬件构成
　　PLC控制的桥式起重机变频调速系统框图如图1所示

　　桥式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。
　　2.1 可编程控制器：完成系统逻辑控制部分
　　控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心。
　　2.2 变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。
　　2.3 制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
　　桥式起重机大车、小车、副钩、主钩电动机工作由各自的PLC控制，大车、小车、副钩、主钩电动机都运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与 PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同，而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现稍有区别。控制小车电动机的变频器与PLC控制原理图如图2所示。

　　3、系统软件设计
　　要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。编程的重要依据是系统的工作过程。
　　3.1 桥式起重机小车电动机的工作过程
　　在驾驶室门及横梁栏杆门关好后，位置开关SQa、SQb、SQc闭合，紧急开关SB2等符合要求的情况下，速度选择开关置于零位，按下起动按钮SB1，接触器KM通电吸合，三相电源接通。
　　当速度选择开关置于正转速度1时，将三相交流电和电动机接通，1档速度起动，速度选择开关置于正转速度2时，2档速度运行，一般桥式起重机正反向均有5档速度，其余与此类似。
　　速度选择开关置于零位或由于停电，电动机停止运行。为防止因停电、变频器跳闸等使拖动负载快速下降出现危险，仍设置有机械制动装置。
　　当发生紧急情况时，可立即拉开紧急开关SB2，一方面机械制动将所有电动机制动，另一方面将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器将使电动机迅速停车。当电动机过载时，可使热继电器的触点FR接通变频器的外接保护控制端，使变频器停止工作。
　　位置开关SQ1和SQ2装在小车两头。当小车行走到终端时，两端各有挡块，撞上位置开关，切断小车电路，小车电动机停车并制动。
　　变频器因发生故障而跳闸后，当故障已被排除、可以重新起动时，按下复位按钮SB，接通复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。

　　3.2 控制小车电动机的变频器输入控制端的安排
　　一般桥式起重机有五档速度，所以3个外接开关K3、K4、K5来控制速度信号，达到调节速度的目的（实际可达8档速度），外接开关状态与速度的对应关系如下表所示。用户可自由设定与每档速度对应的频率大小。
　　3.3 梯形图
　　小车电动机的梯形图程序如图4所示。

　　4、结束语
　　利用PLC控制的变频调速技术，桥式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速时间都可根据现场情况由变频器设置，调整方便。负载变化时，各档速度基本不变，调速性能好。若是改造原有系统，大小车电动机仍可采用原有的绕线转子异步电动机，将转子绕组引出线短接，去掉电刷和集电环，节省更换电动机的费用。
　　本文只以小车电动机的控制为例来分析系统的硬件构成和软件设计。其它电动机制控制原理相同，只是电动机工作状态和工作过程稍有区别，只需在此基础上略作修改即可。