PLC、变频器在天车自动控制系统中的应用

1、广东省技师职业资格评价试卷可编程控制器和变频器在起重机自动控制系统中的应用单位：广州都源钢铁有限公司姓名许工作类型：维修电工时间：2006年9月03日变频器和可编程控制器在起重机自动控制系统中的应用广州都源钢铁有限公司徐摘要：分析了天车在正常使用和维护中存在的电能浪费、设备故障率高、电气元件损耗大等问题，并通过自动控制改进解决了这些问题。关键词：起重机、大车、小车用PLC变频电机先前的评论天车又称桥式起重机，主要用于提升、降低和搬运重物，使重物在一定距离内水平移动。它由大车、小车、减速器、电机、控制系统等设备组成。我公司是一家生产镀锌钢卷的加工企业。由于钢卷的重量和特殊形状，操作完全依赖于天车

2、。它的运行直接影响到公司的正常生产，甚至涉及到工人的人身安全。第一，问题的出现由于生产需要，我公司分别在仓库和车间组装2台25吨桥式起重机，在使用过程中经常出现同样的问题：(1)启动电流过大，对电网影响很大；(2)机械设备使用寿命太短，电机联轴器、钢丝绳等机械容易磨损；(3)接触器和继电器等电气元件的触点和线圈经常烧坏；(4)电机故障率高。但是天车的维护属于高空作业，非常不方便，天车的故障严重影响生产进度。基于上述原因，公司派我对天车故障进行全面检查并做出改进。二。故障检查和分析经过详细的检查、测试和分析，故障原因有五个：(1)拖动电机容量大，启动时电流对电网影响很大，电机总是在额定转矩下工作

3、，造成电能的严重浪费。(2)天车起升、小车和大车起停速度过快，均为惯性载荷。机械冲击也大，机械设备使用寿命缩短，操作人员安全系数差，设备运行可靠性低。(3)天车每天需要进行大量的工作。由于绕线式电机的调速是通过交流接触器实现的，交流接触器是电气传动系统中的主要控制元件，电机转子上串联的电阻是通过继电器实现的，开关非常频繁，在电流较大的情况下，触点和线圈容易烧坏。同时，由于恶劣的工作环境，转子电路中串联的铜电阻经常因灰尘、设备振动等原因烧坏和断裂。因此，设备故障率相对较高，维护工作量相对较大。同样，上述问题也存在于小型车和大型车的运行中。(4)天车提升时，提升电机有时会受力不均，容易过载，直接导

4、致电机损坏或钢丝绳断裂。(5)为了适应天车的工作条件，操作人员频繁重复操作，导致天车的电气元件和电机始终处于大电流工作状态，从而降低了电气元件和电机的使用寿命。鉴于上述现有技术的不足，我决定采用先进的可编程控制技术和逆变技术，用程序控制代替继电器-接触器控制，交流电机调速采用变频调速，从而实现天车的半自动控制。在阅读了我的意见后，公司决定在原材料充足时改进仓库入口处的天车。三。改进计划我认为首先要改进的是交流电机的调速方法。在改进过程中，我采用了变频器调节方案。3.1拖曳系统1.电机选择A.这方面不需要大、小车用的电动机，所以可以选用普通笼型转子异步电动机。因此，原设备系统的电机采用当前国际先

5、进技术，具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后，转速可以逐步控制。在改进中，我使用主钩电机的三个速度阶段，并从低到高逐步切换。通过这种方式，有效地防止了电机的全转矩启动。3.制动模式在改造过程中，采用何种制动方式非常重要。必须通过精确制动实现自动控制，防止意外事件的发生。因此，我采用了再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。这种组合方法有以下两个优点：A.首先，通过变频器调速系统的再生制动和直流制动，将运动中的大车、小车和起重机的速度快速准确地降低到0(停止它们)；对于天车，重物通常会在空中停留一段时间(例如，重物在空中平移)。尽管变频调速系统可以使重物静止不动，但仍有必要使用电磁制动器

6、进行机械制动，因为设备容易受到外部因素的干扰(例如，在平移过程中经常发生瞬时断电)。3.2变频调速系统的控制要点起重机拖动系统的控制动作包括：起重机的左右行走和速度档；小车的前后行走和变速装置；起重机的升降和变速装置等。所有这些都可以由可编程逻辑控制器(PLC)无接触控制。天车控制系统应注意的是防止吊钩打滑的控制。在电磁制动器被握住之前和松开之后，重物很容易从停止状态滑下，这就是所谓的滑钩。防溜钩控制中需要注意的关键问题是：1)电磁制动器在通电和断电(或从断电到通电)之间需要时间。经过精确测试，大约需要0.6秒。因此，如果逆变器过早停止输出，很容易打滑。2)变频器必须避免在电磁制动保持制动的情

7、况下输出较高的频率，以避免因“过电流”而跳闸。为此，我采取了以下控制方法：1.高空停止重物的控制过程A.将“停止开始频率”设置为5Hz。当变频器的工作频率降至5Hz时，变频器将输出“频率到达信号”并发出制动电磁铁断电命令；(b)此外，5Hz的维护时间设置为0.8秒，这略大于制动电磁铁从起动释放到完全锁定所需的时间。C.0.8秒后，变频器会将工作频率降至零。这时，主钩电机将停止工作。2.举起重物的过程A.将“上升和下降启动频率”设置为5Hz。当变频器的工作频率升至5Hz时，上升将暂停。为了保证在释放制动电磁铁时，变频器已经可以控制重物的升降而不会使吊钩打滑，因此，当工作频率达到5Hz时，变频器将

8、开始检测电流，并将检测电流所需的时间设置为0.3秒；当逆变器确认有足够的输出电流时，它将发出“释放命令”开始给制动电磁铁通电；此时，也有必要为提升开始频率设置维护时间。在改造过程中，我将这个时间设置为0.8秒，这比制动电磁铁从通电状态完全释放所需的时间稍长；D.变频器将工作频率提高到所需频率，现在天车可以开始提升重物。3.变频器的零速全转矩功能和DC制动励磁功能因此，选定的变频器必须具有一些独特的制动功能，以有效防止滑钩，例如：A.零速全转矩功能逆变器可以保持电机在0速度下有足够的转矩。该功能确保当起重机的提升状态降至零时，电机可以停止空气中的重物，直到电磁制动器固定住轴，从而防止滑钩释放。B

9、.DC强励功能变频器在启动前可以自动执行A.大、小车操作机构为双梁结构，分别由两台7.5千瓦电机驱动，由一台较大的变频器(20千瓦)驱动；小车由一个2.2千瓦的电机驱动，由一个单独的变频器(3.7千瓦)供电。C.起重机提升机构起重机提升由电机(45KW)驱动，因此应选择较大的变频器(50KW)。D.制动单元和制动电阻器该系统使用外部连接到变频器的制动单元和制动电阻器来消耗重量下降时由电机再生的电能。根据天车起重机起升机构升降制动频繁、制动力矩要求高、下降时制动状态持续时间长的特点，不需要改变原有的制动系统。E.变频器选择：在改造过程中，我选择了三菱系列的FR-A540变频器。用变频器驱动异步电

10、动机调速时，变频器一般应根据异步电动机的额定电流来选择，或根据异步电动机实际运行时的电流值(最大值)来选择变频器，变频器的额定电流一般应大于或等于电动机的额定电流或电动机实际运行时的最大电流(1.05 1.10)。I1NV 1.05 1.10) in或(1.05 1.10) IMAX其中i1nV逆变器的额定输出电流(A)；电机的额定电流(a)；Imax -电机(a)的实际最大电流。对于起重机提升电机(45KW)，考虑到功能负载，起重机总是在重负载下启动和制动。但也需要尽快启动和制动。逆变器的容量根据上述公式计算。根据实际情况，综合考虑同类变频器的性能、价格和售后服务，选择三菱高性能矢量控制变频

11、器作为变频器。三菱FR-A540变频器采用当前国际先进的磁通矢量控制方法(无速度传感器调节范围1:120，速度传感器1:1000)。通过对电机励磁电流和转矩电流的解耦控制，实现了转矩的快速响应和精确控制，并能进行高精度的大范围调速运行。另外，FR-A540具有多速控制功能，操作更加方便。5.变频器参数设置：主钩变频器多级速度设定：设定Pr4至50Hz，Pr5至20Hz，Pr6至5Hz(Pr4。Pr5.Pr6是变频器的高、中、低速设置)，Pr79至3(外部控制模式)。6.可编程逻辑控制器的选择：在这个方案中，我选择了三菱FX2N系列可编程控制器，可编程控制器根据控制程序，输入控制信号来完成起重机

12、各种工况的协调，并确定起重机的各种工况。系统软件设计采用PLC梯形图语言编程。PLC控制可靠，扫描速度快，控制灵活。7.控制电路：至于控制电路，我采用以下方法：打开控制手柄的开关，给主接触器供电。受控设备包括可编程控制器和所有三个变频器。此时，按下控制手柄的启动键，操作可编程控制器，天车投入运行，按下控制手柄的停止键，可编程控制器断电，天车停止，天车控制实施点动控制，主钩电机与电磁线圈联锁。控制手柄和可编程控制器的接线图X0开始Y0Y1Y2主钩电机向前低速旋转。主钩电机正以中速旋转。主钩电机高速向前旋转。提升低速中等提升速度提升速度X1停止Y3Y4Y5主钩电机反转低速主钩电机反转中速主钩电机反

13、转高速低速降低中速下降低速Y6手推车马达1向前旋转手推车马达2反转方向大车前进了。Y7手推车马达1反转方向手推车马达2向前旋转大车后退了。Y8台车电机正在向前旋转。汽车左转Y9小车电机反向旋转汽车靠右行驶PLC和变频器布线图服装Y0、Y1、Y2主钩逆变器STR向前旋转Y3、Y4、Y5主钩逆变器STF反演Y6手推车逆变器STR向前旋转Y7手推车逆变器STF反演Y8台车逆变器STR向前旋转Y9台车逆变器STF反演四.效果鉴于原有控制系统的不足用变频器控制电机的运行，可以实现电机的软启动，使电机具有快速的动态响应，实现无级调速。它能及时准确地检测电源的缺相、欠压、过压和过流，并自动采取紧急措施保护电

14、机。2.工作可靠性显著提高，主要表现在以下几个方面：A.可以大大延长电磁铁的使用寿命。最初的拖动系统用于保持制动器处于移动状态。采用变频调速后，制动器可保持基本停止状态，大大改善了制动皮的磨损情况；B.控制系统的故障率大大降低。原系统由非常复杂的接触器和继电器系统控制，故障率相对较高。采用变频调速系统后，控制系统大大简化，可靠性大大提高。C.停电减速功能可使天车在出现意外停电时减速停车，从而消除突然停车带来的隐患。3.节能效果非常显著。当绕线转子异步电动机低速运行时，大量电能消耗在转子电路的外部电阻器中。采用变频调速系统后，不仅可以完全节省外部电阻消耗的大量电能，而且起重机降低重量时，重量释放的势能可以反馈给电源。这样，每小时的电力节省是相当可观的。4.速度控制质量明显提高。采用变频调速系统后，速度控制稳定，可以长时间低速运行，定位精度高，运行效率高。5.传动链可以简化。由于可以无级调速，机械上省去了非标准设计的减速箱，传动链结构简单，设计规范。V.结束语通过对我公司天车控制系统的改造，解决了设计中的安全隐患，为企业的正常生产提供了有力保障，取得了明显的经济效益。在转型过程中，有几个经验特别深刻：1.节能降耗在全球资源日益减少的今天，每一种资源都值得珍惜，每个人都应该做出自己的贡献。相对而言，变频控制对我们来