【正文】 ridge crane used to convey, it is studied. Due to work environment of the crane plex, Homework loadly and frequent, mechanical vibration shock serious, and the traditional bridge crane control system is mainly controlled by electric relay, using the method of munication winding resistance to start and speed. But the shortings in it are poor reliability, plex operation, high failure, wasteful energy and low efficiency. Thus resrarch aiming at bridge crane control system has a very significance. Aiming at solving the problems of abovementioned, PLC and frequency converter are applied to bridge crane, realizing crane motor speed regulation, meeting to save energy and to adapt to the needs of production, having reduced energy, mechanical properties, etc. Keywords: programmable logic controller； bridge crane。傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要缺點(diǎn)有：橋式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒毀 和斷裂故障時(shí)有發(fā)生，繼電 — 接觸器控制系統(tǒng)可靠性 差，操作復(fù)雜，故障率高。 交流變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、節(jié)能技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破?PLC引入到交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)后，使傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。 起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。中、小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式 ，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬向聯(lián)軸器。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。 3 圖 11 橋式起重機(jī)示意圖 Figure11 Bridge crane schemes a 橋架由主梁、端梁、走臺(tái)等幾部分組成。 c．小車 移行機(jī)構(gòu) 小車移行機(jī)構(gòu)可以使起重機(jī) 貨物 將吊起后，沿左右方向移動(dòng)，運(yùn)輸。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時(shí)有發(fā)生。晶閘管串級(jí)調(diào)速雖各服了上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了額定速度以下的無 級(jí)調(diào)速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動(dòng)沖擊，價(jià)格較低，但目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。交流電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、成本低、易維護(hù)、可適合于大容量調(diào)速和惡劣環(huán)境工作等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，變頻控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。 根據(jù)倉(cāng)庫(kù)，橋式起重機(jī)跨度為 30m，長(zhǎng)度 60m，起升高度 為 15m，最大起重 5t。對(duì)速度的調(diào)節(jié) 采用變頻調(diào)速， 通過三菱 FRA540系列變頻器實(shí)現(xiàn)。采用變頻器后，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制也變得簡(jiǎn)單了，不再需要使用接觸器交換電源的相序，只要操作變頻器的相序控制端口就可以了。 可編程控制器 PLC為核心控制器，通過 主令控制器， 控制面板，限位開關(guān)，操作按鈕輸入，完成設(shè)備運(yùn)行，調(diào)試和調(diào)速控制。 如圖 21所示。用于大車跨度大，采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。在運(yùn)行機(jī)構(gòu)正常停止時(shí)，可選用自由停止方式， 其停止時(shí)間可按實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行情況設(shè)定，以盡量滿足司機(jī)操作橋式起重機(jī)的需要為主。 c． 升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 主副起升機(jī)構(gòu)設(shè)有上下極限限位開關(guān)，限位開關(guān)采用凸輪式或螺母螺桿式，當(dāng)?shù)蹉^上升下降到極限位置時(shí)，停止在該方向上的運(yùn)行。行走機(jī)構(gòu)的過電流、過載、短路、斷相等保護(hù)由變頻器自動(dòng)完成。 變頻調(diào)速 是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 根據(jù)本課題需要選用變頻器調(diào)速。 磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心 ,是一種浪費(fèi)；若要增大磁通 ,又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。這時(shí)，可以人為的把電壓 U抬高一些，以便近似的 補(bǔ)償定子壓降。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。 交 — 直 — 交變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換可控頻率和電壓的交流。整流器有兩種基本類型：可控型和不可控型。 逆變器產(chǎn)生可變電壓 ,可變頻率的變頻交流電供給交流電動(dòng)機(jī)。電流的峰值超過了變頻器的容許值的情形。升速中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)間又設(shè)定的太短時(shí)，將產(chǎn)生過電流。所以，對(duì)變頻器過電流的處理原則是，盡量不跳閘，為此而配置了防止跳閘的自處理功能；只有當(dāng)沖擊電流的峰值太大，或防止跳閘措施不能解決問題時(shí)，才迅速跳閘。 2）再生制動(dòng)時(shí)的防止跳閘功能 和升速過程中過電流時(shí)的防止跳閘功能一樣，在降速過程中出現(xiàn)過電壓，也可以采取暫緩降速的方法來防止它跳閘。 15 4 橋 變 起重機(jī) 控制系統(tǒng) 硬件 選擇 橋 式起重機(jī)系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能 分析 橋式起重機(jī)大車、小車、 升降 電動(dòng)機(jī)都需要獨(dú)立運(yùn)行，大車為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，所以整個(gè)系統(tǒng)由 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)、 3 臺(tái)變頻器傳動(dòng)，并由 PLC 分別加以控制。因此，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)。 3)電動(dòng)機(jī) 采用 變頻器的交流起重機(jī)各電動(dòng)機(jī)，可以使用專用的變頻調(diào)速起重電機(jī)，也可用起重機(jī)原有的線繞轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組短接就可以了。 6)電磁制動(dòng)器 電磁制動(dòng)器是一種將主動(dòng)側(cè)扭力傳達(dá)給被動(dòng)側(cè)的連接器，可以根據(jù)需要自由的結(jié)合，切離或制動(dòng)，因使用電磁力來作動(dòng)力，稱之電磁制動(dòng)器，具有響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。制動(dòng)力矩是設(shè)計(jì)、選用制動(dòng)器的依據(jù)，其大小由機(jī)械的型式和工作要求決定。前者常用的有鑄鐵、鋼、青銅和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡膠、木材和石棉等 。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機(jī)可以避開共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生 的共振問題。 YZB系列起重機(jī)冶金 用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，是將三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)與變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)集于一體，具有過載能力大機(jī)械強(qiáng)度高，調(diào)速寬，運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。通過對(duì)個(gè)系列的比較，本設(shè)計(jì)選用 FRA540 變頻器。等額變頻器僅能提供小于 150%超載力矩值，為此可通過提高 變頻器容量 (YZ 型電機(jī) )或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量 (Y 型電機(jī) )來獲得 200%力矩值。 則 變頻器的額定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 1． 2 倍以上 ， 起升機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)距 般來說可為額定力矩值的 ～ 。起重機(jī)整個(gè)電氣系統(tǒng)由 FX2N 系列 PLC 進(jìn)行控制，變頻器通過開關(guān)量端子接受 PLC 控制信號(hào)。 R、 S、 T 交流電源輸入端子，連接工頻電源。在保持異常顯示和異常輸出時(shí)或當(dāng)使用高功因數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，請(qǐng)拆下短路片，并提供外部電源到此端子。程序 運(yùn)行時(shí)為程序運(yùn)行開始型號(hào)。用電磁制動(dòng)停止電機(jī)時(shí)，用于斷開變頻器的輸出 [2] 。 當(dāng)變頻器直接連接于一個(gè)大容量的電源變壓器（ 600KVA 以上或電源變壓器很近安裝）時(shí)，或電網(wǎng)回路中接有移相電容器，可能會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生過峰值電容，致使變頻器損壞。電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)載機(jī)械和電動(dòng)機(jī)所有的機(jī)械能量被回饋給電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。該晶閘管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相接的制動(dòng)電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。 由于高次諧波額驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，電纜的選擇實(shí)際使用面積減小，單位實(shí)際工作電阻增大， 23 電纜壓降有增大的趨勢(shì)，故所配電纜一般 大于常規(guī)使用值。 24 5 橋式起重機(jī) 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)及編程 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)邏輯開始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。 可編程控制器的介紹 可編程序控制器 (programmable controller)及其網(wǎng)絡(luò)己成為當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的支柱單元之一?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 而有關(guān)的外圍設(shè)備 ，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成 個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示： (CPU) 25 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 根據(jù)存儲(chǔ) 器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種 : 1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 :和各種計(jì)算機(jī) 一 樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它 們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希 望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懹?EPROM。 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 ，易于使用 PLC 的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣 技術(shù)人員的歡迎。它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。 經(jīng)過調(diào)研和對(duì)比，三菱 PLC 在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣，與西門子和松下等 PLC相比有下幾個(gè)特點(diǎn)： CPU、電源、輸入輸出合為一體。 。歐姆龍 ：價(jià)格一般，編程簡(jiǎn)單，模擬量不如西門子 三菱 ，一般數(shù)字量控制。有 多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。 FX2n 是從 16到 256 路輸入 /輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。 控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，名稱、代碼及地址編號(hào)如表 51 所示。 主起升機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，可采用專用的 變頻器 進(jìn)行重物提 升控制，運(yùn)行機(jī) 構(gòu)的啟動(dòng)要求迅速、平穩(wěn) ， 同時(shí)采用 電磁制動(dòng) 起升運(yùn)行機(jī)構(gòu) 如圖 53所示。 圖 55 操作面板示意圖 Figure. 55 operation panel schemes + 36 6 PLC 軟件編程 及仿真 變頻器的多擋轉(zhuǎn)速 PLC 控制 變頻器每個(gè) 擋次 的 輸入頻率 需要由三個(gè)輸入端的狀態(tài)來決定 ，三個(gè)狀態(tài)下的頻率，相互疊加組成各個(gè)檔位速度對(duì)應(yīng)的頻率 ； 操作人員切換轉(zhuǎn)速通過主令控制器開啟個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的開關(guān)，將信號(hào)傳給 PLC，通過變頻器的三個(gè)輸入狀態(tài)控制 速度 。 圖 61 多擋轉(zhuǎn)速控制梯形圖 Figure 61 Multispeed control ladder chart 37 STL 編程方法 步進(jìn)梯。 大車的 PLC 的輸入端 X11~X15分別用于接收 5 擋轉(zhuǎn)速的信號(hào)。 34 圖 54 系統(tǒng)總接線圖 Figure 54 system always the wiring diagram 35 操作面板設(shè)計(jì) 根據(jù)輸入口，安排各輸入量在操作面板的開關(guān)，檔位及正反轉(zhuǎn)的輸入通過主令控制器調(diào)節(jié)，限位開關(guān)不需要在操作面板中體現(xiàn)。 表 52 變頻器參數(shù)設(shè)定 Table 52 frequency inverter parameter setting 31 參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說明 3% 轉(zhuǎn)矩提升 60HZ 上限頻率 0HZ 下限頻率 40HZ 多段速度設(shè)定（高速） 20HZ 多段速度設(shè)定（中速） 10HZ 多段速度設(shè)定（低速） 3s 加速時(shí)間 3s 減速時(shí)間 48A 過電流保護(hù) 5HZ 啟動(dòng)頻率 3S 點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間 10 點(diǎn)動(dòng)加減頻率