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　　引言
　　
　　起重行業(yè)采用PLC-變頻器調(diào)速在近幾年逐漸得到推廣和普及，尤其在大型起重設(shè)備上，用PLC程序控制取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制;用變頻調(diào)速取代繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;用變頻電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)取代繞線電機(jī)，再配合*的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和人機(jī)界面系統(tǒng)，提高了設(shè)備控制精度和穩(wěn)定性，降低了故障率，且節(jié)能*，易于檢修維護(hù)，成為提高企業(yè)生產(chǎn)效率的好途徑。
　　
　　控制方案
　　
　　某重型機(jī)械制造大件分廠，承擔(dān)著所有大件設(shè)備裝配、定位、對(duì)接等任務(wù)，對(duì)起重機(jī)性能要求很高，所用一臺(tái)QD250/50t橋式起重機(jī)采用了siemensS7-400PLC、ABB變頻器、觸摸屏等高性能配置，應(yīng)用了*的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、帶編碼器反饋的直接轉(zhuǎn)距控制方式、及*的人機(jī)界面系統(tǒng)。
　　
　　橋式起重機(jī)分為主鉤、副鉤、大車(chē)、小車(chē)等四部分.因主起升機(jī)構(gòu)在起重機(jī)應(yīng)用上zui為典型，控制也zui為復(fù)雜，故本章以主起升為例詳細(xì)介紹其控制方式。
　　
　　1、PLC
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)以S7-400PLC作為電控核心，主要有電源模塊、CPU、輸入輸出模塊及接口模塊等組成。輸入模塊采集由限位開(kāi)關(guān)、熱敏電阻、變頻器故障反饋等設(shè)備的信號(hào)狀態(tài);接收主令控制器、按鈕開(kāi)關(guān)發(fā)出的控制指令，集中在CPU中進(jìn)行運(yùn)算，并將程序運(yùn)算結(jié)果通過(guò)輸出模塊和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給接觸器和變頻器等執(zhí)行設(shè)備，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、液壓抱閘、冷卻風(fēng)機(jī)等完成各種生產(chǎn)任務(wù)。
　　
　　2、Profibus串行通訊現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)
　　
　　Profibus是一種開(kāi)放式串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各類(lèi)自動(dòng)化元件之間互相交換。在本系統(tǒng)中以S7-400作為主站，以各機(jī)構(gòu)變頻器作為從站，通過(guò)DP接口模塊和RS485屏蔽雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)快速實(shí)時(shí)交換。
　　
　　設(shè)置變頻器通訊參數(shù)：
　　
　　98.02=fieldbus激活通迅模塊
　　
　　51.01=Profibus-DP選擇現(xiàn)場(chǎng)總線類(lèi)型
　　
　　51.02=3設(shè)置主升變頻器站地址
　　
　　51.03=1500選擇通迅?jìng)鬏斔俾蕿?.5Mbit/s
　　
　　51.04=PPO4選擇數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型4（6個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊）
　　
　　作為主站的PLC中央處理器從從站讀取各種輸入狀態(tài)信息，即從變頻器讀出主升狀態(tài)字和實(shí)際值，包括變頻器準(zhǔn)備好、上電應(yīng)答、運(yùn)行、轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證OK、變頻器故障、電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速等信息;并將各種輸出信息寫(xiě)入從站，即將控制字和速度給定寫(xiě)入變頻器。包括通訊檢測(cè)位、來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC系統(tǒng)的Driveon、來(lái)自上位系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)、故障復(fù)位信號(hào)及實(shí)際頻率給定等。使復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換、監(jiān)控、反饋過(guò)程全部通過(guò)Profibus鏈的數(shù)據(jù)傳輸、和CPU的快速集中處理輕松實(shí)現(xiàn)。
　　
　　3、*的人機(jī)界面系統(tǒng)
　　
　　TP270觸摸屏和PLC之間也采用Profibus總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與交換，實(shí)時(shí)地顯示和監(jiān)控各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)及電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、速度等運(yùn)行參數(shù)，并能利用自身故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行判斷，記錄故障時(shí)的各種參數(shù)，這樣，操作人員和檢修人員就可以全面及時(shí)地了解系統(tǒng)的狀態(tài)，并可按提示的故障信息去檢查和維修，達(dá)到準(zhǔn)確、快速排除故障的效果，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)智能化。
　　
　　4、變頻調(diào)速系統(tǒng)
　　
　　1）起升工況及要求
　　
　　起升機(jī)構(gòu)要求較大的調(diào)速比和較硬的機(jī)械特性，以適應(yīng)重物的吊裝要求;要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力，以適應(yīng)負(fù)載突變，保證重載二次起升的能力;必須解決好再生制動(dòng)狀態(tài)的能量回饋與處理，以縮短減速停車(chē)時(shí)間;必須解決好溜鉤問(wèn)題。
　　
　　2）變頻功能應(yīng)用
　　
　　根據(jù)起升機(jī)構(gòu)特性和技術(shù)要求，變頻器采用帶測(cè)速反饋接口的800系列變頻器，配合ACC7.2提升軟件，形成閉環(huán)直接轉(zhuǎn)矩控制，通過(guò)預(yù)勵(lì)磁功能和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定,使電機(jī)啟動(dòng)瞬間力矩zui高可達(dá)300%,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的啟動(dòng)特性.內(nèi)置制動(dòng)斬波器，外接制動(dòng)電阻，使制動(dòng)過(guò)程中的產(chǎn)生的再生能量通過(guò)制動(dòng)電阻得到釋放，達(dá)到快速制動(dòng)的目的。使用機(jī)械制動(dòng)控制功能，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩釋放和制動(dòng)器緊密配合，更好地提高了設(shè)備的安全性，承受頻繁起動(dòng)沖擊的能力及可靠性也大為增加。
　　
　　3）參數(shù)設(shè)置
　　
　　99.1=ENGLISH選擇語(yǔ)言.
　　
　　99.2=CRANE選擇起升宏.
　　
　　99.3=YES復(fù)位為工廠設(shè)置.
　　
　　99.4=DTC選擇直接轉(zhuǎn)矩控制.
　　
　　99.5=380V設(shè)定電機(jī)額定電壓為380V.
　　
　　99.6=286A設(shè)定電機(jī)額定電流為286A.
　　
　　99.7=50HZ設(shè)定電機(jī)額定頻率為50HZ.
　　
　　99.8=722rpm設(shè)定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為722轉(zhuǎn)/分.
　　
　　99.9=150KW設(shè)定電機(jī)額定功率為150KW.
　　
　　99.10=STANDARD選擇標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)型電機(jī)數(shù)據(jù)辯識(shí).
　　
　　10.1=DI1設(shè)置數(shù)字輸入1為制動(dòng)應(yīng)答信號(hào).
　　
　　14.1=BRAKELIFT設(shè)置繼電器輸出1為機(jī)械制動(dòng)控制.
　　
　　14.2=WATCHDOG-N設(shè)置繼電器輸出2為看門(mén)狗,當(dāng)發(fā)生到通訊故障、制動(dòng)斬波器故障、CPU阻塞等故障時(shí)切斷制動(dòng)器輸出并急停.
　　
　　14.3=FAULT設(shè)置繼電器輸出3為故障輸出，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)力矩、過(guò)載、過(guò)速度等故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作.
　　
　　20.1=-722rpm設(shè)置zui小轉(zhuǎn)速為-722轉(zhuǎn).
　　
　　20.2=722rpm設(shè)置zui大轉(zhuǎn)速為722轉(zhuǎn).
　　
　　20.6=OFF關(guān)閉直流過(guò)電壓控制器.
　　
　　21.1=CNSTDCMAGN設(shè)置啟動(dòng)特性為恒定勵(lì)磁模式.
　　
　　21.2=600ms設(shè)置預(yù)勵(lì)磁時(shí)間為600ms.
　　
　　27.1=ON激活制動(dòng)斬波器的控制.
　　
　　27.2=ON激活制動(dòng)電阻器的過(guò)載保護(hù)功能.
　　
　　30.4=FAULT選擇電機(jī)過(guò)溫時(shí)的保護(hù)類(lèi)型為故障跳閘停車(chē).
　　
　　30.10=FAULT選擇電機(jī)缺相時(shí)的保護(hù)類(lèi)型為故障跳閘停車(chē).
　　
　　30.11=FAULT選擇電機(jī)發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)類(lèi)型為故障跳閘停車(chē).
　　
　　30.12=FAULT選擇現(xiàn)場(chǎng)總線與變頻器的通訊異常時(shí)的保護(hù)類(lèi)型為故障跳閘停車(chē).
　　
　　50.1=1024設(shè)定編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)為1024.
　　
　　50.2=A_-_B_-_選擇對(duì)信號(hào)A、B的所有邊沿計(jì)數(shù)并換算成速度.
　　
　　50.3=FAULT設(shè)定脈沖編碼器與編碼器接口模塊之間,或編碼器接口模塊與變頻器控制板之間檢測(cè)到通訊故障時(shí)的保護(hù)類(lèi)型為故障跳閘停車(chē).
　　
　　50.5=TRUE選擇將編碼器模塊的實(shí)際速度反饋用于速度和轉(zhuǎn)矩控制.
　　
　　61.1=110%設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度值超過(guò)額定速度的110%時(shí),傳動(dòng)將跳閘并顯示過(guò)速度故障.
　　
　　62.1=TRUE選擇激活轉(zhuǎn)矩監(jiān)視功能.
　　
　　64.1=FALSE選擇控制方式為現(xiàn)場(chǎng)總線.
　　
　　65.1=FALSE選擇電機(jī)停止后只在65.2的時(shí)間內(nèi)保持勵(lì)磁.
　　
　　65.2=5s選擇電機(jī)停止后電機(jī)勵(lì)磁電流保持on的時(shí)間,在此時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)保持勵(lì)磁并隨時(shí)準(zhǔn)備快速重起.
　　
　　66.1=TRUE選擇轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能有效.
　　
　　66.3=選擇轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證有效值.在啟動(dòng)時(shí),只有當(dāng)電機(jī)力矩達(dá)到該值并通過(guò)驗(yàn)證時(shí)才會(huì)發(fā)出抱閘打開(kāi)指令.
　　
　　67.1=2S設(shè)定制動(dòng)施加時(shí)間為2S,當(dāng)停止時(shí)電機(jī)速度下降到零速值,抱閘開(kāi)始閉合,在此時(shí)間內(nèi)電機(jī)保持力矩,直至抱閘閉合完閉.防止重物下滑溜鉤.
　　
　　67.2=2%設(shè)定相對(duì)零速值為2%,在當(dāng)實(shí)際速度達(dá)到該值以下時(shí),制動(dòng)器開(kāi)始閉合.
　　
　　67.09=P67.10選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)用P67.10的值.
　　
　　67.10=設(shè)定啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩給定值為.
　　
　　69.2=3S設(shè)定上升方向轉(zhuǎn)速?gòu)?到的加速時(shí)間為3S.
　　
　　69.3=3S設(shè)定下降方向轉(zhuǎn)速?gòu)?到-的加速時(shí)間為3S.
　　
　　69.4=2S設(shè)定上升方向轉(zhuǎn)速?gòu)牡?的減速時(shí)間為2S.
　　
　　69.5=2S設(shè)定下降方向轉(zhuǎn)速?gòu)?到0的減速時(shí)間為2S.
　　
　　98.1=RTAC-SLOT1激活與脈沖編碼器模塊的通訊.
　　
　　4）主要功能介紹
　　
　　轉(zhuǎn)距驗(yàn)證
　　
　　轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證用于確認(rèn)在松開(kāi)抱閘和開(kāi)始提升運(yùn)行之前傳動(dòng)能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,抱閘沒(méi)有打滑.它是將機(jī)械抱閘被施加時(shí)給一個(gè)正的轉(zhuǎn)矩給定（P67.10的值）來(lái)完成的.如果轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證成功,則表示轉(zhuǎn)矩達(dá)到了正確的等級(jí),才能執(zhí)行啟動(dòng)序列中的下一步驟.當(dāng)變頻器啟動(dòng)信號(hào)有效時(shí),轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證程序就開(kāi)始了,完成之后,轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證OK被置1,如果在轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證期間檢測(cè)到了任何故障,則轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證失敗,且傳動(dòng)跳閘停車(chē),并在監(jiān)控系統(tǒng)中給出故障指示，大大增加了起重機(jī)的安全性。
　　
　　機(jī)械制動(dòng)控制
　　
　　變頻器內(nèi)置了制動(dòng)邏輯控制器,用來(lái)控制抱閘接觸器的動(dòng)作.當(dāng)接收到啟動(dòng)命令時(shí),變頻器首先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)勵(lì)磁,然后釋放速度和轉(zhuǎn)矩控制器,如果轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證OK通過(guò),制動(dòng)器將抬起,電動(dòng)機(jī)將按照正常的加速時(shí)間運(yùn)行.如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到制動(dòng)應(yīng)答信號(hào),傳動(dòng)將故障跳閘并指示制動(dòng)器故障.啟動(dòng)命令撤去之后,傳動(dòng)將按減速時(shí)間減速到相對(duì)零速,當(dāng)接到零速信號(hào)反饋后,制動(dòng)抬起命令被關(guān)閉,在制動(dòng)施加時(shí)間（即P67.1的值）內(nèi)傳動(dòng)將保持勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩輸出,直至制動(dòng)器閉合完畢，有效地預(yù)防了溜鉤事故的發(fā)生。
　　
　　再生能量的處理
　　
　　重載下降時(shí)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于再生電能，必須能夠妥善處理，以保證能使減速停車(chē)時(shí)間盡量縮短。通過(guò)設(shè)置20.6=OFF關(guān)閉直流過(guò)電壓控制器、27.1=ON激活制動(dòng)斬波器的控制，設(shè)置P69.04、P69.05選擇合理的減速時(shí)間，當(dāng)重物下降減速時(shí)，所產(chǎn)生的再生電能將通過(guò)和逆變管所并聯(lián)的二極管全波整流后反饋到中間直流電路，這一過(guò)程將產(chǎn)生泵升電壓，當(dāng)此電壓超過(guò)門(mén)限值，制動(dòng)斬波器就會(huì)被激活，把多余的電能通過(guò)制動(dòng)電阻快速得到釋放，保證了在短時(shí)間內(nèi)快速減速或停車(chē)。
　　
　　總結(jié)
　　
　　綜上所述，該系統(tǒng)PLC程序控制使外部硬接線簡(jiǎn)單明了，故障率低且易于維護(hù)，整個(gè)系統(tǒng)電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和低速轉(zhuǎn)矩高，速度響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，各檔位速度可任意設(shè)置，加減速時(shí)間可調(diào)，尤其是提升軟件，使該起重機(jī)具備了提升機(jī)應(yīng)用所需的全部控制和安全功能，確保了安全可靠地運(yùn)行。