桥式起重机控制系统的自动化应用

杜晋雁

摘要：桥式起重机电控系统采用专用G7变频器控制，可以轻松实现无级调速，速度控制范围较宽，调速精度较高，速度响应时间快，启动和低速运行时转矩大，有专用卷扬的s参数设置，从而使卷扬电机在零速时，也能提供较大的额定转矩输出，防止卷扬机构产生溜钩现象，提高了起重机使用中的安全I性。

关键词：桥式起重机；控制系统；自动化

1工程概况

某轨道厂1#线百米区的2台桥式起重机是25t+25t双梁桥式起重机，担负1#线生产的百米重轨的入垛及装车工作，2台吊车操控是遥控器操作方式，而且需要2台吊车联动工作。如采用传统的交流绕线式异步电动机，转子串电阻的方法进行起动和调速，继电器一接触器控制。则控制系统不能满足快速、安全、高效的生产和工作需要，也实现不了2车联动和遥控操作准确精准的工作。采用PLC控制的变频调速技术对其拖动及控制系统可轻松完成。

2拖动系统基本情况

轨梁厂1#线百米桥式起重机电气拖动有大车电机4台，小车、卷扬电机各2台。电动机为鼠笼异步电动机，制动方式为电磁机械制动及变频器能耗制动。

3变频调速设计基本思路

桥式起重机拖动系统由3个基本独立的机构组成：大车拖动系统、小车拖动系统、卷扬拖动系统。交流变频调速技术来实现各机构的调速方式。百米桥式起重机大车、小车、卷扬电动机都需要独立运行，整个系统有8台电动机。大车2台电动机共用1台变频器控制，共2台75kW变频器控制，小车机构1台变频器控制2台电机。卷扬2台75kW电机分别由2台110kW变频器单独控制。用西门子PLCS7-300来接收信号和发送控制信号的控制方式，完成系统逻辑控制部分的控制。电动机的正、反转、调速等控制信号经遥控系统的接收机以硬接线的方式进入PLC，经处理后向变频器发出起停、调速等信号，控制电动机工作。

3.1大车拖动系统

大车为双梁结构，分别为4台22kW电机，拖动整台起重机顺着车间做“横向”运动。运行速度6m/min可调。调速比为1：6。拖动方案：采用普通笼型异步电动机驱动大车传动机构。大车为4台45kW电动机同时拖动，所以2台电机共用1台75kW功率的变频器作为控制。采用U/f开环控制方式，采用的变频器的容量PN应为1台电动机容量PMN的2倍以上。

3.2小车拖动系统

小车由两台电动机拖动，单台电机功率为8.5kW。小车拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。速度3.5ndmin可调。调速比为1：4。拖动方案：也采用普通的笼型异步电动机，配11kW变频器，采用U/f开环控制方式。

3.3卷扬拖动系统

卷扬采用2台电动机连轴拖动。卷扬机构拖动重物做吊起或放下的“上下”运动。卷扬电机75kW起重20t，运行速度10m/min可调，调速比为1：10。拖动方案：卷扬机构用电动机要求较高，属于位能变动性负载，系统要求具有良好的动态性能。故此电动机必需使用具有优越性、高性能的变频专用电动机。电动机在选择时比原功率适当提高，以获得足够的力矩值。2台电动机分别配置变频器，并装有测速编码器，采用带PG卡速度反馈的闭环矢量控制方式。變频后转速可以分档控制，采用5段速度运行，从低到高自由切换。

3.4电机制动方式

采取由变频器外接的制动单元和制动电阻消耗掉的方式，并配有电磁机械制动方式。采取再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的办法。由变频调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和卷扬的速度迅速而准确地降到零，使它们停止。对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间（如重物在半空中平移），而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰（如在平移过程中常易出现的瞬间断电），因此，仍然必须利用电磁制动器进行机械制动。

4变频器的选用

适用于起重机使用的变频器有好多种。选用G7系列变频器。此变频器具有全磁通矢量控制，在低频下也能提供150%额定转矩的起动转矩。有速度反馈环节，可作到零速控制（即使在零速下也有150%额定转矩输出）。该变频器可以通过设定参数的存取级别来选择其控制方式。通常有4种方式可选：无PGU/f开环控制方式、有PGU/f闭环控制方式、无PG开环矢量控制方式、有PG闭环矢量控制方式。大车、小车拖动机构由于其惯量较大，负载变化相对较小，基本上属于阻力性负载，故采用无PG的U/f开环控制方式，不带测速编码器。卷扬提升机构由于负载变化较大，为了获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节。电机安装有测速编码器，采用有PG-B2速度控制闭环矢量控制方式，以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。关于溜钩的防止：本系统中由于G7系列变频器具有的零速下的转矩功能，故只需通过PLC和变频器的适当配合即可圆满解决溜钩问题。桥式起重机的速度调节可利用变频器的多级频率选择功能。G7系列变频器可使用8个频率指令和1个点动频率指令，见图1中的变频器接线。

由此，最高可9段速。为了切换这些频率指令，可在多功能输入，设定多段速指令1～3和点动频率来选择。将端子1接通则电机正转，端子2接通则反转，将多段速指令1、2、3三对端子分别接通，或其中2对或3对同时接通，可得8种频率，这个功能可以通过PLC程序控制相应的继电器得电，完成速度的转换，从而可方便地得到起重机所要求的正反2个方向各5种速度。电机加减速的时间可以通过变频器的设定来进行改变。

5遥控器的选用

操作控制器采用的是格林“一拖二”遥控器，两车联动时，两台操作遥控器都选择“联动”模式，由其中一台遥控器同时向安装在两车司机室内的接收机发出工作指令，接收机收到控制指令后，通过硬接线的方式将控制信号接人到PLC的输入模板中，完成两台吊车的小车、卷扬的联动。

结束语

采用变频器及PLC对桥式起重机进行了改造。起重机控制系统比切换转子电阻的交流接触器、串联电阻等电气元件的控制方式，电气控制线路大为简化。起重机启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，减少了负载波动，安全性大幅提高。采用PLC程序控制比复杂的接触器、继电器控制系统线路更优化，电路实现了无触点化，故障率大大降低。采用变频调速，机械特性硬，负载变化时各档速度基本不变。轻载时也不会因操作不当而出现失控现象。

（作者单位：太原重工股份有限公司）