桥式起重机的PLC控制-(1)

桥式起重机的PLC控制-(1)桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛。

传统的桥式起重控制系统主要采用继电器接触器进行控制，采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速，这种控制系统存在可靠性差，操作复杂，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点。

因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。

本文针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上，并进行了较深入的研究。

1.根据桥式起重机的运行特点，桥式起重机控制系统采用变频调速系统，该系统主要由主令控制器、PLC控制系统、变频调速系统等组成。

2.PLC系统采用德国西门子公司产品，能控制起重机大车、小车的运行方向和速度换档；吊钩的升、降方向及速度换档，同时能检测各个电机故障现象并显示，减小了传统继电器——接触器控制系统的中间环节。

减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。

本设计控制系统采用桥式起重机变频调速技术具有节能、减少机械磨损，启动性能好等诸多优点。

关键词：主令控制器；可编程序控制器；桥式起重机引言 (5)1 桥式起重机的概述 (6)1.1 桥式起重机的简介 (6)1.2 桥式起重机的各机构及其作用 (7)1.3 桥式起重机的发展现状 (7)2 桥式起重机控制系统的设计方案 (9)2.1 工艺要求 (9)2.1.1 桥式起重机的主要技术参数 (9)2.1.2 提升机构与移动机构对电气控制的要求 (9)2.2 方案论证 (10)2.2.1 起重机数字化控制系统的方案简述 (10)2.2.2 主电路方案选择 (10)2.2.3 变频调速工作原理及变频器控制方式 (12)2.2.4 控制电路方案选择（PLC控制和继电器控制的比较） 173 系统设备的选用 (20)3.1 电机的选择 (20)3.2 变频器的选择 (22)3.2.1 通用变频器的标准规格 (22)3.2.2 通用变频器类型的选择 (23)3.2.3 变频器的选型 (26)3.3 PLC的选择 (27)3.3.1 PLC的组成 (27)3.3.2 PLC的工作原理 (28)3.3.3 PLC的硬件和软件 (28)3.3.4 PLC型号的选用 (30)3.4 变频器的外部设备及其选择 (32)4 主令控制器的原理 (35)5 PLC的I/O端子分配 (37)6 控制系统的程序设计 (41)6.1 梯形图 (41)6.2 指令表 (52)结论 (57)参考文献 (58)致谢 (60)引言桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。

经过几十年的发展，我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。

但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。

究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。

因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。

由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使机械冲击频繁，振动剧烈，因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。

传统的起重机驱动方案一般采用：(1)直接起动电动机；(2)改变电动机极对数调速；(3 )转子串电阻调速；(4)涡流制动器调速；(5)可控硅串级调速；(6) 直流调速。

前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速。

起动电流大，对电网冲击大；常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重；功率因数低，在空载或轻载时低于0.2-0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。

可控硅串级调速虽克服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。

1桥式起重机的概述1.1桥式起重机的简介起重机是现代工业企业、交通运输，基本建设部门不可缺少的起重设备，主要用以提升(或下降)和搬移长大笨重货物，还用于工厂车间装配大型机器和生产工艺的必要装备。

因此，起重机是减轻工人的繁重体力劳动，提高劳动生产率必不可少的起重设备。

桥式起重机由一根或两根主梁和两根端梁构成一个桥架。

在桥架上装有起重小车，小车沿桥架运行。

桥架运行在厂房内架设的轨道上，也可以运行在露天的栈桥上。

桥式起重机也称为“天车”或“行车”或“桥吊”。

有些铁路货场都露天安装桥式起重机，用以装卸长大笨重货物，它就是横架于两排钢筋混凝土栈桥上。

起重机沿栈桥上的轨道作纵向运移。

起重机的起重小车在桥架上的小车轨道上作横向移动，这样，吊钩或抓斗就可在一个长方体(起升高度、跨度、走行线长)的空间内任意位置上作升降、搬运物件的运动。

安装于露天的桥式起重机如图l所示。

桥式起重机的形式繁多，根据它的结构和用途的不同主要有以下几种形式：根据桥架结构的不同，可分为双梁箱形结构、四桁架结构、三角形桁架结构和单主梁箱形结构等几种形式的桥式起重机。

其它形式基本上在它们基础上演变而来的。

而且根据用途的不同，还可分为管通吊钩，抓斗桥式起重机和其它专用桥式起重机。

以普通吊钩桥式起重机应用最为广泛。

1.2桥式起重机的各机构及其作用桥式起重机主要由机械传动，金属结构和电气设备三大部分组成。

普通吊钩桥式起重机机械传动部分是由主起升机构、副起升机构(当起重量在16吨以下时，一般只有一个起升机构)，起重小车走行机构和起重机走行机构(亦称大车运行机构)等构成。

主、副起升机构完成物件的提升、下降动作。

由于吊装物件总是有大有小，吊装大件物品时采用主钩工作，吊装小件物品时，可用副钩作业，这主要为了节省电能。

大车走行机构完成吊装物件沿起重机轨道方向(纵向)搬运，小车完成吊装物件沿起重机轨道垂直方向(横向)搬移。

这三个方面的动作，组合成一个长方体的空间，形成一个作业区域。

起升机构和小车走行机构安装于小车架上，称为起重小车，并置于主梁的轨道上，大车走行机构安装于桥架上。

金属结构是由桥架和小车架构成。

普通双梁箱形结构起重机的桥架由两根主梁的两端分别焊接有端梁，构成一个整体结构。

一般情况下，主梁和端梁均用钢板焊接而成。

在它上面安装栏杆、走台、电气设备、轨道和其它附件等。

金属结构是起重机的承载构件，既承担小车及其吊装物件的重量，又承担起重机各工作机构、电气设备和零部件的重量，以及风力和冲击等的附加载荷。

电气设备主要由电动机、电器元件和电气线路所组成，是起重机的动力来源，控制着起重机各工作机构的工作。

1.3桥式起重机的发展现状早期的桥式起重机采用在电动机转子中串联电阻，利用电阻的切换来实现各档位的切换，低速挡只起到过渡的作用，不允许在低速挡长时间运行，否则控制回路中电流过大会引起电阻过热而烧毁，当利用起重机来进行设备检修、装配等工作需要低速运行时只能点动，速度控制精确度不高，且对电机和机械零部件冲击大，可靠性差。

随着电力电子技术的发展，变频调速作为一种调速方法自本世纪初提出以来发展十分迅速，它在节能，维护量小，自动控制性能好等方面有明显的优点，变频技术正普遍应用于电力拖动领域，特别是对一些耗能较大的设备实行变频调速，取得了明显的节能效果，而起重机械设备的拖动调速系统在低于额定转速时，仍然主要是通过转子的外接电阻消耗能量来实现。

近年来，各大有色企业都在进行技术改造，工程项目很多，在每一个工程项目中，都少不了桥式起重机。

比如江西铜业集团公司贵溪冶炼厂备料车间，梅山热轧技改和2号连铸机工程，中铝广西分公司，中国铝业青海分公司第三电解厂等都采用了变频调速技术，并采用了PLC进行控制。

在90％的起重机上成功地运用了变频调速技术。

使起重机在全速范围内实现了高精度控制，不论轻载或重载均有稳定的运行速度，起、制动平稳，减小了机械传动机构的冲击，调速范围宽，可达1：10以上；变频调速转矩响应快，零速能够输出额定转矩，为防止松闸、抱闸时的溜钩现象提供了可靠的保证；主令控制信号与变频器给出的低速抱闸信号相结合控制制动器动作，达到低速抱闸及准确定位功能，并可减轻制动器的磨损。

现在一般起重机使用的变频器有日本安川VS616G7 系列，三菱的FR- A240E，FR- A241E 系列，德国西门子的SIMOVERT-6ES70 系列，ABB 公司的ACS600 系列，英国CT 公司的Unidrive系列等变频器。

起重机采用先进的可编程控制技术（PLC）和变频器技术，以程序控制取代继电器----接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速。

2桥式起重机控制系统的设计方案2.1工艺要求2.1.1桥式起重机的主要技术参数1、起重机 15/3 t 应该是30吧2、工作速度起升速度 8～20m/min小车速度 30～50m/min大车速度 80～120m/min2.1.2提升机构与移动机构对电气控制的要求为了提高起重机的生产率和生产安全，对起重机提升机构电力拖动自动控制提出如下要求：1、具有合适的升降速度，空钩能快速升降，轻载提升速度应大于额定负载的提升速度。

2、具有一定的调速范围，普通起重机调速范围为3：1，对要求较高的起重机，调速范围可达（5～10）：1。

3、适当的低速区，提升重物开始或下降重物到预定位置附近，都需要低速。

为此，在30%额定速度内应分成几档，以便灵活操作。

高速向低速过渡应逐级减速，保持稳定运行。

4、提升的第一档为预备档，用以消除传动间隙，将钢丝张紧，避免过大的机械冲击。

但预备级的起动转矩不能大，一般限制在额定转矩的一半以下。

5、负载放下时，依据负载大小，拖动电动机可以是电机状态、倒拉反接制动状态与再生发电制动状态。

6、为了安全，不但具有机械抱闸的机械制动，以减轻机械抱闸的负担。

不允许只有电气制动而无机械制动，不然发生电源事故停电时，在无制动力矩作用下，重物将自由下落，造成设备或人身事故。

大车运行机构与小车运行机构对电力拖动自动控制的要求比较简单，只要有一定的调速范围，分几档进行控制即可。

为实现准确停车，应采取制动停车。

2.2方案论证2.2.1起重机数字化控制系统的方案简述该系统通过主令控制器给定PLC的速度信号来对整个系统的调速，桥式起重机大车、小车、主钩、副钩电动机均需独立运行，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，并由1台PLC 分别加以控制。

PLC 控制的桥式起重机变频调速系统框图如图2 所示。

可编程序控制器：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。