基于PLC技术的桥式起重机电气控制改造

摘要：对于桥式起重机来说，其在冶金领域内应用广泛，通常情况下，桥式起重机其电气问题经常发生在电路当中的时间继电器、直流继电器等元件，这些电气元件能否正常工作，对起重机整个电路的正常工作有着很大的影响，这些电气元件一旦出现电气故障，将直接导致起重机的正常工作，而通过PLC技术代替原有的电路控制方法，将这些电气元件替换，能够有效保证起重机正常工作。基于此，本文根据某起重机电气控制改造实例，对其改造做了重点叙述。

关键词：桥式起重机 电气故障 继电器 变频器 PLC技术

中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）03-0019-02

1 桥式起重机电气系统应用故障分析

桥式起重机又简称为桥吊，其是一种具有桥梁式且能够沿着轨道行走的起重机，桥式起重机通常由以下设备组成：a桥架；b大车运行机构；c小车运行机构；d起升机构；e电气控制系统等，桥式起重机是安装在仓库、车间及料场上空用作对物料进行吊运的一种设备。对于当前我国使用一些桥式起重机电气系统故障，如果是其中单个设备出现问题时，通常情况下，故障现象较为明显，因此起重机维护人员很容易找到故障地点，并很快就可维修好；而如果整个起重机因为使用过久而导致的起重机内部设备出现整体性能降低而导致的电气控制系统设备故障，并且这些故障通常是因为多个设备同时出现故障而导致的问题，起重机维护人员要想很快的找到故障原因并做出维修就变得很难了，而通过多年的实际工作经验，对于起重机电气故障出现的原因总结主要有以下几点：（1）因为桥式起重机使用时间过长，起重机内部控制系统电气设备的性能降低，使得起重机在日常工作过程中，频繁出现故障；（2）面对起重机性能的降低，虽然起重机操作人员通过熟练的操作技能，对设备性能上的降低做了一些克服，使得设备满足了起重机基本工作需求，但是随着起重机内部电气设备性能不断降低，使得起重机附近操作人员及设备的安全受到了极大的威胁。（3）随着起重机控制系统电气设备性能的持续下降，将引起一些不可预见性的故障，这些故障对工作人员及设备的安全造成了极大的影响。

2 某桥式起重机简介

某公司在1990年安装有一台30/5T的桥式起重器，该桥式起重机是由某起重机厂设计生产，使用至今，其主要是用来对汽轮机转子、发电机转子和定子进行吊运作业，该桥式起重机跨距为23m。该桥式起重机主、副钩减速机型分别为ZQ50和ZQ85，设计速比分别为40.17和48.57，起吊重量最大设计分别为30T和5T，设计起吊速度分别为7.8m/min和14.5m/min。整个桥式起重机电气传动机使用YZR型冶金起重专用三相异步电动机，而该起重机的控制方式主要为PQR加主令控制器的方式，而该起重机使用至今，起重机电气故障发生频率逐年上升，已经使得企业24小时生产受到很大影响，因此公司决定对该桥式起重机电气控制系统采用PLC技术进行改造，通过改造以实现起重机无故障生产的基本要求，使得企业正常生产不受影响。

3 基于PLC技术的桥式起重机电气控制改造

3.1 桥式起重机电气控制改造方案选择

根据对该厂实际生产情况进行综合研究，设计有三种对起重机电气控制系统的改造方案：（1）对原来桥式起重机的一些电气设备进行原型号更新，通过对已经磨损、发热、老化等因素导致的损坏设备进行更换，使得起重机恢复原有功能。（2）对原桥式起重机当中的一些动作频率较高的电气设备采用进口设备，以加长电气设备耗损周期，对于起重机的大车、小车、主、副钩等控制器选用一体式联动台，以大幅度降低起重机操作工作人员劳动强度。（3）对桥式起重机控制系统使用目前已经较为成熟的变频器及PLC技术，以实现起重机宽范围的调速，对于该方案，比较市场上变频器、PLC等设备性能及价格，最后决定使用以日系产品为主的设备。而对上述三种改造方案进行综合考虑，第一个方案，其投资最少，不需要重新进行电气设计，但是因为使用的电气设备仍然是以前使用的一些，设备性能比较差，其中一些设备已经被淘汰。对于第二个方案，其投资也较低，因为起重机的大车、小车、主、副钩等控制器均选用一体式联动台，且使用了一些进口电气，因此，起重机设计方面仍然不会存在问题，但是其仅仅完成了对控制系统的一些设备性能做出提高，这使得起重机控制系统整体性能仅仅是提高了一点，因此最终综合考量，改造结果也仅为对桥式起重机的原有性能做出了一定的恢复，不符合起重机改造的初衷；对于第三个方案来说，起重机电气控制系统需要进行重新设计，并且采用了先进的变频器及PLC技术，这使得起重机电气控制综合水平有了显著提高，其优点主要体现在以下几个方面：（1）调速方案设计为变频调速，起重机的速度能够根据实际需求而进行自行设计，使得原起重机电气控制系统电机温度高、控制过程冲击大及电机易损坏的问题得到了有效解决；（2）控制系统使用了PLC，使得原起重机控制系统众多的线路简化，这样很大程度上降低了故障率，另一方面，对起重机的维修维护将更加简单；（3）采用新的自检保护系统，电机只有输出转矩超过负载转矩时其才会转动，因此从根本上解决了溜钩问题；（4）变频器设计有故障自动显示、分析功能，使得一旦起重机电气控制系统出现故障，维修更加方便，另外，还实现了对起重机的远程及自动控制，这使得操作人员的安全性得到了很大保证；（5）经过重新设计，调速实现了无级调速，每段调速均能够根据需求设定，并且速度变化均实现了匀加速变化，因此，起重机在工作过程中，不会出现冲击现象，另外在生产过程中，生产人员还可以根据公司实际生产情况，对变频器参数进行一定的修订，使得起重机转速更加符合工程需求。（6）通过改造，可实现电气制动，能够完成零速制动，即实现了一旦刹车，电动机转速转速为零，这样很好的解决了冲击问题的出现；（7）实现了点动功能，能够在起重机吊装过程中完成精准定位及对位；（8）通过改造，使得工作人员操作难度大大降低。通过对三种方案进行对比。最终决定使用变频器和PLC相结合的改造方案，但是这种改造方案，因为要更换很多设备，因此其改造会受到一定的资金制约。

3.2 电气系统使用PLC技术的具体改造实施

首先在改造之前对该桥式起重机各参数进行了计算，最终决定起重机的主钩驱动电机与副钩驱动电机均使用鼠笼式异步电动机，其分别为8级750r/min和6级1000r/min，主钩电机与副钩的调速分别使用FR—A540—45W和FR—A540—15W的变频器；对起升系统使用了电气控制PLC。其次根据变频器与电机的输出端口和控制回路，设计了主、副钩变频器接线图，按照实际起重机的生产过程及控制需求，设计了主、副钩的PLC梯形图，并且编制了对应的PLC程序。最后，完成了对所购变频器、PLC及电动机的安装、调试，并做了总结，最后表明，桥式起重机的改造获得圆满成功，实现了改造初衷。

4 使用PLC技术进行桥式起重机电气改造效果对比及该方面技术的应用前景

4.1 使用PLC技术进行桥式起重机电气改造效果对比

通过对该桥式起重机的电气及传动系统进行改造，使用变频器及PLC技术代替电路控制，通过加载、调试，结果显示，该次改造完成了预期目的，使得企业生产效率及生产安全性得到大大提高，通过一段时间的生产表明：（1）选用PLC技术之后，起重机控制柜体积大大减小，控制线路更加简单且所用元件更少，整个控制系统故障率明显降低。（2）电动机可控性更强，避免了以前电动温度过高、易坏及易出现冲击等问题，更加重要的是控制系统控制性能的提高，使得起重机工作更加平稳、安全。（3）起重机操作人员在操作过程中更加简单，操作难度大为降低。

4.2 桥式起重机电气控制系统使用PLC技术进行改造的应用前景

在现代工业生产中，桥式起重机作为其中一类大型吊运设备，其在物料的起吊、运输过程中作用重大，但是当前很多企业的桥式起重机，因为长年累月的进行工作，这使得其内部电气控制系统的一些电气设备性能大幅度下降，这种性能下降，使得起重机存在极大的安全隐患，并且使得起重机工作效率明显下降，因此针对这些起重机电气控制系统中的故障进行改造就变得十分必要了，而就目前来说，使用变频器及PLC技术能够很好的解决这一问题，通过结合起重机实际生产情况，对其进行改造，其一方面能够保证起重机的安全生产，另一方面可大大提高起重机工作效率，另外随着PLC技术的进一步完善，起重机在进行吊运过程中稳定性将更高。

5 结语

总而言之，对于物料搬运，桥式起重机是其中的一种重要设备，其工作的可靠性和安全性是确保物料在高空安全运输的基础，另外吊运是否安全对地面人员及地面设备有着很大的影响；而就当前一些企业使用的桥式起重机来说，因为其使用年限的增长，使得起重机一些设备，主要是起重机内部的一些电气控制设备性能的降低，使得桥式起重机在工作过程中，故障问题不断出现，面对这种现象，对桥式起重机电气控制系统进行优化改造有着极为重要的意义。

参考文献

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