PLC-變頻器在起重機電控系統中的應用

引言

　　起重行業(yè)采用PLC-變頻器調速在近幾年逐漸得到推廣和普及，尤其在大型起重設備上，用PLC程序控制取代傳統的繼電-接觸器控制;用變頻調速取代繞線(xiàn)電機轉子串電阻調速;用變頻電動(dòng)機或異步電動(dòng)機取代繞線(xiàn)電機，再配合先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和人機界面系統，提高了設備控制精度和穩定性，降低了故障率，且節能效果顯著(zhù)，易于檢修維護，成為提高企業(yè)生產(chǎn)效率的好途徑。

　　控制方案

　　某重型機械制造大件分廠(chǎng)，承擔著(zhù)所有大件設備裝配、定位、對接等任務(wù)，對起重機性能要求很高，所用一臺QD250/50t橋式起重機采用了siemens S7-400 PLC、ABB變頻器、觸摸屏等高性能配置，應用了先進(jìn)的Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、帶編碼器反饋的直接轉距控制方式、及先進(jìn)的人機界面系統。

　　橋式起重機分為主鉤、副鉤、大車(chē)、小車(chē)等四部分.因主起升機構在起重機應用上最為典型，控制也最為復雜，故本章以主起升為例詳細介紹其控制方式。

　　1、PLC

　　整個(gè)系統以S7-400 PLC作為電控核心，主要有電源模塊、CPU、輸入輸出模塊及接口模塊等組成。輸入模塊采集由限位開(kāi)關(guān)、熱敏電阻、變頻器故障反饋等設備的信號狀態(tài);接收主令控制器、按鈕開(kāi)關(guān)發(fā)出的控制指令，集中在CPU中進(jìn)行運算，并將程序運算結果通過(guò)輸出模塊和Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)傳送給接觸器和變頻器等執行設備，從而驅動(dòng)電動(dòng)機、液壓抱閘、冷卻風(fēng)機等完成各種生產(chǎn)任務(wù)。

　　2、Profibus串行通訊現場(chǎng)總線(xiàn)系統

　　Profibus是一種開(kāi)放式串行通訊標準，該標準可以實(shí)現數據在各類(lèi)自動(dòng)化元件之間互相交換。在本系統中以S7-400作為主站，以各機構變頻器作為從站，通過(guò)DP接口模塊和RS485屏蔽雙絞線(xiàn)進(jìn)行數據快速實(shí)時(shí)交換。

　　設置變頻器通訊參數：

　　98.02=fieldbus 激活通迅模塊

　　51.01= Profibus-DP 選擇現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型

　　51.02=3 設置主升變頻器站地址

　　51.03=1500 選擇通迅傳輸速率為1.5Mbit/s

　　51.04=PPO4 選擇數據傳輸類(lèi)型4(6個(gè)過(guò)程數據為一個(gè)標準塊)

　　作為主站的PLC中央處理器從從站讀取各種輸入狀態(tài)信息，即從變頻器讀出主升狀態(tài)字和實(shí)際值，包括變頻器準備好、上電應答、運行、轉矩驗證OK、變頻器故障、電動(dòng)機實(shí)際轉速等信息;并將各種輸出信息寫(xiě)入從站，即將控制字和速度給定寫(xiě)入變頻器。包括通訊檢測位、來(lái)自現場(chǎng)總線(xiàn)的PLC系統的Drive on、來(lái)自上位系統的啟動(dòng)信號、故障復位信號及實(shí)際頻率給定等。使復雜的信號轉換、監控、反饋過(guò)程全部通過(guò)Profibus鏈的數據傳輸、和CPU的快速集中處理輕松實(shí)現。

　　3、先進(jìn)的人機界面系統

　　TP270觸摸屏和PLC之間也采用Profibus總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸與交換，實(shí)時(shí)地顯示和監控各機構的運行狀態(tài)及電壓、電流、轉矩、速度等運行參數，并能利用自身故障實(shí)時(shí)診斷系統對故障現象進(jìn)行判斷，記錄故障時(shí)的各種參數，這樣，操作人員和檢修人員就可以全面及時(shí)地了解系統的狀態(tài)，并可按提示的故障信息去檢查和維修，達到準確、快速排除故障的效果，真正實(shí)現了人機智能化。

　　4、變頻調速系統

　　1)起升工況及要求

　　起升機構要求較大的調速比和較硬的機械特性，以適應重物的精確吊裝要求;要求有大的起動(dòng)轉矩，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)轉矩響應能力，以適應負載突變，保證重載二次起升的能力;必須解決好再生制動(dòng)狀態(tài)的能量回饋與處理，以縮短減速停車(chē)時(shí)間;必須解決好溜鉤問(wèn)題。

　　2)變頻功能應用

　　根據起升機構特性和技術(shù)要求，變頻器采用帶測速反饋接口的800系列變頻器，配合ACC 7.2專(zhuān)用提升軟件，形成閉環(huán)直接轉矩控制，通過(guò)預勵磁功能和啟動(dòng)轉矩設定,使電機啟動(dòng)瞬間力矩最高可達300%,實(shí)現了優(yōu)異的啟動(dòng)特性.內置制動(dòng)斬波器，外接制動(dòng)電阻，使制動(dòng)過(guò)程中的產(chǎn)生的再生能量通過(guò)制動(dòng)電阻得到釋放，達到快速制動(dòng)的目的。使用機械制動(dòng)控制功能，使電機轉矩釋放和制動(dòng)器緊密配合，更好地提高了設備的安全性，承受頻繁起動(dòng)沖擊的能力及可靠性也大為增加。