桥式起重机自动控制改造

桥式起重机自动控制改造

顾林

启东中远海运海洋工程有限公司

摘要：吊钩桥式起重机在重工企业、物流仓库等行业广泛应用，一直以来多采用绕线式交流异步电动机转子回路串电阻方式调速，故障率高，控制元器件也比较多，根据这些问题，提出了采用PLC可编程控制器和变频器调速的思路，在此基础上增加一套自动行走控制回路，提高自动化程度。

关键词：PLC控制 变频器 自动控制

引言：在我们公司机电车间有一台10吨吊钩桥式起重机，用于马达保养修理，已使用了10年以上，在改造之前一直采用绕线式交流异步电动机转子回路串接电阻方式调速，由于任务繁重，且工作环境较为恶劣，致使这台起重机的电力拖动系统的故障率比较高，检修工作量大，严重影响生产连续性。

一、原起重机使用时的问题介绍

主要有以下几个问题：

1.接触器控制回路较多，线路分布复杂，而且散热不均匀，容易造成元器件老化等问题引起一系列故障。

2.绕线式异步电动机的转子串接电阻容易造成损坏会造成接地故障，接地故障严重的时候会造成电动机烧坏，其次占用很大空间，给高空维修也带来不便。

3.凸轮控制器容易造成速度功能消失。凸轮控制器的触头因为经常使用而产生电弧而烧坏，从而导致凸轮控制器的触点接触不良，造成电动机缺相电流不平衡烧坏。

4.起重机的操作人员在驾驶室操作时，距离较远也有视觉死角，容易发生误操作。

5.起重机工作方式都是吊运马达定子和转子到清洗池然后到烘箱，烘干后再回到工位上，对于3点之间的重复操作自动化程度较低。

为解决上述问题，我认为使用PLC控制变频调速远程遥控的方式能够解决起重机在工作中产生的这些问题。

二、改造部分设备和功能说明（PLC、变频器、自动行走控制、红外探测障碍）

1.起重机改造的结构介绍

10吨桥式起重机由大车运行机构、小车运行机构和升降运行机构所组成。小车运行机构和升降运行机构各为一台电动机驱动，大车运行机构为两台电动机驱动，整个起重机电力拖动系统共有4台电动机驱动运行。采用1组PLC控制器，3组变频器，开关和接触器，还有自制的限位和普通限位，红外探测等元器件来提高起重机电力拖动系统的稳定性、可靠性和安全性。

2.可编程控制器PLC的功能

可编程控制器PLC有一套程序是通过手动遥控信号控制变频器的正反转和速度控制信号，这些控制信号输出给主钩上下、小车左右、大车前后、调速控制；还有电动机启动、急停、过载保护信号、极限限位器信号等。还有一套程序是遥控器按下自动操作开关和1号按钮将通过自制限位当时的反馈自动启动小车回到大车直行的主通道上，然后大车行走至清洗池通过限位反馈停止，当完成清洗时再按2号按钮同样将通过限位回到主通道上前往烘箱，当烘潮完毕后按下3号按钮自动回到主通道行走到工位区域的限位处停止，然后可转成手动微调将设备放下。 全部信号采用汇点式输入，该信号为开关控制信号，信号电平为AC、220V。可编程控制器PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发生启动、急停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需工作状态。

3.变频器、电抗器、制动电阻

3.1变频器的功能

接收可编程控制器PLC提供的控制信号，按照设定的信号向电动机输出正、反转和可变压、变频的电源，从而实现电动机的调速。变频器可以提供8档速度，我们这里只用到低速和中速，低速设置20HZ中速设置40HZ，然后设置3S加速时间和3S减速时间。电动机工作状态就是在得到信号时3S后低速运行然后3S后达到中速运行，当接收到停止信号后3秒减速到低速再3S到停止，起重机运行中不存在明显的机械冲击，设备运行平稳。

3.2电抗器的功能

变频器在运行过程中，经常会有来自电流和电压的冲击，会严重损坏变频器的性能和寿命，所以要在变频电源输入端安装电源侧交流电抗器，使用电抗器以后可以减小高次谐波对电源、功率因数、无线电设备等干扰。同时也抑制了输入电流峰值，有利于提高整流二极管使用寿命。3.3制动电阻的功能

起重机电动机正、反转时，由于重力加速度的原因，电动机处于再生制动状态,拖动系统的机械转化为电能，如果不及时消耗掉再生电能，使直流电压不断上升甚至击穿电器绝缘，就会直接作用于变频器从而损害变频器，接入泄能电阻来消耗直流电路的能量，保护变频器不受电机再生电能的损害。

4.遥控按钮、自制的功能限位、红外传感器、超载保护装置的介绍

4.1遥控按钮

起重机的遥控器主要是通过无线发射器发出信号指令，接收器接收到指令后再给到PLC模块，从而对起重机控制。无线遥控器携带方便，操作人员可以近距离观测目标精确操作。遥控器都有应急停开关，按下急停开关可以全部断电，保证安全。

4.2自制限位

在起重机使用自动控制的时候，由于系统不知道小车处于左侧还是右侧，就无法行驶到中间的主通道（小车在往左行走后，普通的限位在触碰档块后就恢复原来状态，程序无法保持起重机的动作状态就无法开始自动运行到下个目的地），使用自制限位时，当小车往左或右移动触碰限位过后，限位触点一直保持断开状态，在PLC程序里就能分辨出在左还是在右边，当启动自动控制的时候就可以使用这个限位指令给到小车正确的转向，当两个自制限位都处于闭合状态的时候也就是起重机行驶到主通道的位置，这样也可以起到互锁作用，避免了误操作。

4.3红外线传感器

红外传感器是利用红外线来进行物体测量的传感器。红外线它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质，所以把它安装在主钩上使用范围在2米左右，当起重机在行驶过程中检测到吊运物体附近有障碍物或者行人时就给PLC发出停止指令，当障碍物自动消失后必须手动恢复自动操作，不能自动恢复操作程序，这样可以更安全的行驶。

4.4超载保护装置

超载系统是利用传感器反馈给模块电流信号，模块再计算出物体重量的数值，当数值超过设置的额定值时，模块给PLC发出停止指令和声光报警，保证起重机在安全载荷范围中运行，提高安全系数。

结束语：设备经过运行调试投入使用，动作可靠、性能稳定，未发生任何故障，大大降低了维修工作量，保证电气设备安全可靠地运行，也提高了自动化程度。通过本次设备的相关改造，也提高了自己的技能水平，增长了自己的知识面,受益非浅。

参考文献：

[1]郁汗琪 《电气控制与可编程序控制器》[M]  南京：东南大学出版社，2003.

[2]杨宗豹 《电机与拖动基础》[M]  北京：机械工业出版社，1987.