PLC在交流橋式起重機(jī)中的設(shè)計(jì)改造技術(shù)

1 引言
傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)主要是有交流凸輪控制器進(jìn)行控制，采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，交流控制器由于頻繁的動(dòng)作和高壓的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)觸點(diǎn)燒損的現(xiàn)象，電阻箱受工作環(huán)境的影響容易腐蝕、老化。頻繁的生產(chǎn)事故勢必會影響生產(chǎn)。橋式起重機(jī)是廠礦、倉庫等部門常用的起重設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)過程中起重舉足輕重的作用。
隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC、變頻器工廠設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。由于PLC的工作可靠性高，因此用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流控制器已成為一種必然趨勢。

2 兩種改造方案
橋式起重機(jī)的主要設(shè)備有:大車電機(jī)2臺、小車電機(jī)1臺、主鉤電機(jī)1臺、副鉤電機(jī)1臺，若仍采用繞線式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，則可以只選用PLC進(jìn)行改造。若車間工作環(huán)境比較惡劣，如腐蝕性粉塵，容易對電阻箱及電動(dòng)機(jī)碳刷等設(shè)備部件腐蝕和過早老化，則可以采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。此時(shí)可以采用PLC加變頻器進(jìn)行改造。
第一種方案優(yōu)點(diǎn)是改造過程簡單，可以節(jié)約部分設(shè)備費(fèi)用。缺點(diǎn)是:
(1) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所串電阻易燒損和斷裂;
(2) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性比較軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果不理想;
(3) 所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。
而第二種方案中鼠籠式電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜、經(jīng)久耐用，在生產(chǎn)中受到工程歡迎，并且由PLC加變頻器進(jìn)行控制，其調(diào)速效果更加穩(wěn)定，電能可以充分利用。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 PLC繞線電機(jī)改造方案
此種方案只需對原交流控制器進(jìn)行編程即可，為了節(jié)省I/O點(diǎn)，改為有主令控制器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、前后行走和鉤子的升降。電機(jī)的提速與減速有兩個(gè)按鈕開關(guān)進(jìn)行控制。本系統(tǒng)有20路輸入、30點(diǎn)輸出共50點(diǎn)，采用西門子S7-200(CPU為224)PLC，其擴(kuò)展2塊數(shù)字量模塊EM222、1個(gè)EM223模塊。I/O點(diǎn)如表1所示。

表1 繞線電機(jī)方案I/O點(diǎn)分配

(1) 主程序
為節(jié)省輸入點(diǎn)，編程時(shí)，將交流凸輪控制器程序作為公用程序調(diào)用，其程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主程序結(jié)構(gòu)

(2) 公用程序
設(shè)置公用程序可以充分利用PLC的I/O點(diǎn)，減少外部接線，其程序主要是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、與提減速，其間用輔助繼電器輸出為后面的程序調(diào)用作準(zhǔn)備。
該程序主要用比較的指令來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的提減速，在按I0.1或I0.2時(shí)，使存儲器VB100中存儲的數(shù)字在1~5間順序變化，控制串入轉(zhuǎn)子電阻的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，其部分程序如下。
LD I0.4
EU
LD M11.0
ED
OLD
LD M11.1
ED
OLD
LD Q0.0
ED
LDB= VB100, 0
= M10.0
LDB>= VB100, 5
= M10.2
LDN M10.2
A I0.5 EU
LD M11.0
O M11.1
LDN M10.0
A I0.6
EU
LD M11.0
O M11.1
LDB= VB100, 1
= M10.3
LDB= VB100, 2
= M10.4
LDB= VB100, 3
= M10.5
LDB= VB100, 4
= M10.6
LDB= VB100, 5
= M10.7
LDB= VB100, 0
= Q0.1
(3) 電機(jī)控制程序
電機(jī)控制程序只需將公用程序中的輔助繼電器與電機(jī)相應(yīng)的輸出對應(yīng)起來即可。由于程序比較簡單，這里不再詳述。

3.2 PLC變頻器改造方案
橋式起重機(jī)有大車2臺、小車電機(jī)1臺、主鉤電機(jī)1臺、副鉤電機(jī)1臺，共五臺電機(jī)，由于大車2臺電機(jī)是同步，因此在改造過程中共用一對號變頻器進(jìn)行控制，這樣共需要4臺變頻器。結(jié)構(gòu)圖2所示。

圖2 方案結(jié)構(gòu)圖

(1) 輸入、輸出點(diǎn)的確定及設(shè)備選型
本系統(tǒng)共有輸入點(diǎn):14點(diǎn)，輸出點(diǎn):24點(diǎn)，共38點(diǎn)。 如表2所示。

表2 鼠籠電機(jī)方案I/O點(diǎn)分配

本方案采用西門子S7-200(224)型PLC，其外部再擴(kuò)展四個(gè)EM222模塊。在方案中變頻器為電動(dòng)機(jī)提供頻率可調(diào)節(jié)的交流電源，是實(shí)現(xiàn)時(shí)機(jī)速度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。大車、小車是普通反抗性負(fù)載，只需配用普通型或高功能型變頻器即可，而主鉤及副鉤為位能性負(fù)載，應(yīng)配用可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的矢量控制型變頻器，同時(shí)變頻器應(yīng)配備制動(dòng)電阻，防止在生產(chǎn)過程中電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)時(shí)將動(dòng)能反饋到變頻器直流電路中。
對于是變頻器的參數(shù)設(shè)置，技術(shù)人員可根據(jù)其使用的不同廠家變頻器的操作手冊進(jìn)行設(shè)置。
(2) 控制程序設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)程序時(shí)，可以繼續(xù)采用方案一中的設(shè)計(jì)方法，將主令控制器的程序作為公用程序，節(jié)省部分輸入點(diǎn)。在設(shè)計(jì)公用程序時(shí)根據(jù)不同型號的變頻器速度輸入的編號對進(jìn)行編程。PLC輸出除電源外，其它均采用小型繼電器，程序通過控制小型繼電器動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、升降、前后行走及速度調(diào)節(jié)。由于程序設(shè)計(jì)與方案一大致相同，其速度輸出程序如下。
LDN I0.1 //停止按鈕
A Q0.0 //電源啟動(dòng)
LPS
LDB= VB100, 1 //一檔
OB= VB100, 2 //2檔
OB= VB100, 3 //3檔
OB= VB100, 4 //4檔
OB= VB100, 5 //5檔
ALD
LPS
A I0.3
= Q0.1 //正轉(zhuǎn)
LPP
A I0.4
= Q0.2 //反轉(zhuǎn)
LRD
LDB= VB100, 1
O M10.0
O M10.1
ALD
= Q0.3 //變頻速度輸出選擇1
LRD
LDB= VB100, 2
O M10.0
ALD= Q0.4 //變頻速度輸出選擇2
LRD
LDB= VB100, 4
O M10.1
OB= VB100, 3
ALD
= Q0.5 //變頻速度輸出選擇3
= M10.0
LPP
AB= VB100, 5
= M10.1

4 結(jié)束語
在使用V4.0E STEP 7 MicroWIN進(jìn)行編程時(shí)，證明了S7-200PLC的強(qiáng)大功能，在沒有實(shí)物的情況下，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)行S7-200仿真軟件對所編程序進(jìn)行仿真。為實(shí)際改造打下基礎(chǔ)。上述兩種方案均經(jīng)過S7-200仿真軟件驗(yàn)證，其仿真過程中與設(shè)計(jì)的要求均相符，在改造過程中根據(jù)實(shí)際情況稍加修改即可。