摘要：基于行車升降控制的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)的要求，提出了利用PLC（可編程控制器）作為控制系統(tǒng)，變頻器作為執(zhí)行元件對(duì)250T/100T進(jìn)行全面電氣改造的設(shè)計(jì)方案。分別從硬件的配置、電路設(shè)計(jì)、軟件編程和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定等幾方面作了詳細(xì)的闡述。 關(guān)鍵詞： 變頻器 PLC（可編程邏輯控制器） 行車 1引言： 250T/100T橋式雙鉤行車是東方汽輪機(jī)廠1978年從太原重型機(jī)器廠購(gòu)買的重型起吊設(shè)備，主要用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，汽缸等精密部件的搬運(yùn)和安裝使用。原有控制系統(tǒng)是根據(jù)常規(guī)使用設(shè)計(jì)，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度能夠滿足運(yùn)行需要，但其調(diào)速方式存在運(yùn)行不平穩(wěn)，難精確定位等問題。主鉤與副鉤提升電機(jī)作為起吊動(dòng)力電機(jī)，由于設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)速范圍不夠大，不能滿足新生產(chǎn)作業(yè)情況下的精密吊裝需要，并且轉(zhuǎn)子串電阻控制方式在低速運(yùn)行中機(jī)械特性太軟，且在位能性負(fù)載控制中存在局限性，不具備減速下放功能，下放時(shí)準(zhǔn)確定位必須使用“點(diǎn)車”并配合機(jī)械制動(dòng)或者反接制動(dòng)操作，操作難度大，容易造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸等精密部件的碰傷。因此提出了變頻改造方案。 2電氣控制原理簡(jiǎn)介 250/100T橋式雙鉤行車，由大車、小車、主鉤與副鉤四部分組成完整的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。原有控制系統(tǒng)采用繼電器-接觸器邏輯控制，采用轉(zhuǎn)子切電阻的調(diào)速方案。該方案依賴轉(zhuǎn)子部分串不同阻值的金屬電阻來(lái)消耗部分能量以達(dá)到調(diào)速效果，在低速區(qū)具有穩(wěn)定性差、出力不足的缺點(diǎn)，在高速重載下降時(shí)要有第三方制動(dòng)即拖拽才能保證重載不溜鉤，這種制動(dòng)方式采用有能耗制動(dòng)、單相制動(dòng)、低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)等。它們?cè)谀茉蠢梅矫妫阂拇罅磕茉醋髦苿?dòng)、降能方面的功，只有一少部分（用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)作功）作功是用來(lái)提升重物。在電機(jī)保護(hù)方面：由于采用了第三方的拖拽對(duì)電機(jī)的沖擊較大，在能耗和單相制動(dòng)要對(duì)電機(jī)注入直流電流和不平衡電流，在頻繁使用過(guò)程中會(huì)使電機(jī)的溫度過(guò)高，影響電機(jī)的絕緣加速了電機(jī)的老化過(guò)程。在機(jī)械平穩(wěn)方面：由于制動(dòng)的沖擊力使振動(dòng)加劇，加速了機(jī)械疲勞過(guò)程。 改造過(guò)程中采用可編程邏輯控制器S7-300系列PLC內(nèi)部復(fù)雜邏輯的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器開關(guān)量端子的控制。變頻邏輯的控制改變變頻器輸出電源的頻率和電壓這兩個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是一平滑的過(guò)程，在調(diào)節(jié)速度過(guò)程中是無(wú)級(jí)的，對(duì)振動(dòng)不敏感。其本身具有控制接線簡(jiǎn)單，全過(guò)程可調(diào)整，調(diào)速精度高，啟動(dòng)力矩大，過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻器能通過(guò)開環(huán)、閉環(huán)、編碼器、總線、頻率、矢量、力矩等控制組合出多達(dá)十幾種控制。 3電器選型： 在使用變頻器的過(guò)程中對(duì)成本的回收不是利用設(shè)備的創(chuàng)造價(jià)值，而是依附節(jié)省能源這部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。而大多數(shù)變頻器使用壽命在2~8年，與環(huán)境和保養(yǎng)方法有直接聯(lián)系，與是國(guó)內(nèi)或國(guó)外的產(chǎn)品沒多大關(guān)系。在國(guó)內(nèi)用戶只注重變頻器一次性投入價(jià)格，而忽視了性價(jià)比的用戶比較常見。在變頻器的選型時(shí)，用戶要考濾的技術(shù)因素已不在是昔日的關(guān)鍵技術(shù)是否成熟的問題；轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)到CPU處理速度是否夠快，變頻器對(duì)電機(jī)的建模方法，控制板和功率板的設(shè)計(jì)運(yùn)算能力和精度等問題。選擇安川高性能變頻器能夠使系統(tǒng)科技含量跨向一新臺(tái)階，一切源自于安川起重應(yīng)用宏的設(shè)計(jì)是針對(duì)與起重設(shè)備各機(jī)構(gòu)的調(diào)速需求。 　　在行車應(yīng)用中，要求變頻器在四個(gè)象限工作、200%力矩啟動(dòng)、啟動(dòng)次數(shù)頻繁等苛刻條件下工作。變頻控制時(shí)為防止重載提升貨物過(guò)程中出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。安川專用的機(jī)械制動(dòng)應(yīng)用變頻器，安川專用的閉環(huán)控制應(yīng)用變頻器、抗晃應(yīng)用變頻器等都具有該功能。 　　在起升過(guò)程中變頻器如果在沒有力矩輸出時(shí)就誤打開機(jī)械報(bào)閘是很危險(xiǎn)的，更不符合《起重設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》的要求。機(jī)械制動(dòng)應(yīng)的開閉信號(hào)都由變頻器的輸出端子控制。原理是：用電流互感器檢測(cè)輸出電流，進(jìn)行向量分解以檢測(cè)電機(jī)定子磁場(chǎng)位置，計(jì)算反饋給控制處理器CPU，經(jīng)CPU運(yùn)算分析通過(guò)專用ASIC電路發(fā)出控制信號(hào)，觸發(fā)門極驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制IGBT橋的PWM調(diào)制電壓、頻率的。整個(gè)過(guò)程在每1ms內(nèi)循環(huán)完成一次。當(dāng)輸出力矩足夠大（>150%）時(shí)打開報(bào)閘，運(yùn)行時(shí)電機(jī)出力將自動(dòng)保持在能夠提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度，停車時(shí)先降低頻率增大力矩直到輸出頻率為零，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后（0~1S），控制端子輸出閉合報(bào)閘信號(hào)，控制報(bào)閘閉合。采用頻率控制或速度控制。 　　大、小車，主、副鉤本身慣性較大，為防止電機(jī)被倒拖處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓,因此各驅(qū)動(dòng)變頻器都配備有制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來(lái)釋放能量。為了減少對(duì)電網(wǎng)諧波的污染，每個(gè)變頻器均加有輸入電抗器，它不僅減少了高次諧波分量，同時(shí)也抑制了輸入電流峰值，有利于提高整流二極管的使用壽命，電源輸入端均采用斷路器作為電路的短路保護(hù),因此大車機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻器V/F控制平板方式，小車機(jī)構(gòu)采用開環(huán)矢量控制，主、副鉤提升機(jī)構(gòu)均采用變頻器帶PG-B2速度控制卡的閉環(huán)矢量控制方式。其具體配置見表 4電路設(shè)計(jì) 250/100T橋式雙鉤行車，由大車、小車、主鉤與副鉤四部分組成。其電氣控制和設(shè)計(jì)原理基本相同，故在這里就以主鉤電氣設(shè)計(jì)為主來(lái)闡述設(shè)計(jì)原理與思想。 5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 硬件連接好，插入存儲(chǔ)卡到中央處理器中，建立計(jì)算機(jī)和中央處理器的通訊。開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試，要求對(duì)系統(tǒng)作一次（PLC）總清或總復(fù)位。PLC總清完成后，PLC程序即可進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)所選用的PLC是SIMATIC S7-300。故而調(diào)試軟件為STEP 7。 5.1 S7-300硬件組態(tài) S7-300硬件組態(tài)在硬件配置窗口中完成。光標(biāo)點(diǎn)擊STATION目錄級(jí)，選擇“Hardware”圖標(biāo)，進(jìn)入硬件配置窗口。 （1）組態(tài) 在硬件組態(tài)的站窗口中分配機(jī)架，可分布式I/O，可以從硬件目中選擇部件。 （2）參數(shù)分配 建立可分配參數(shù)模塊的特性，如：?jiǎn)?dòng)特性，保持區(qū)等。 （3）設(shè)定組態(tài) 設(shè)定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配，需下載到CPU中去， 選擇菜單“PLC” “DOWNLOAD”。 （4）實(shí)際組態(tài) 已存在硬件中的實(shí)際組態(tài)和參數(shù)分配?？梢詮腃PU直接上傳到PC。選擇菜單“PLC” “UPLOAD”。 5.2 PLC基本程序 西門子提供了一些PLC基本程序，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào) 這些標(biāo)準(zhǔn)塊即可，而被系統(tǒng)占用的功能塊不能再被編輯,基本程序項(xiàng)目庫(kù)由組織塊（OB），功能（FC），功能塊（FB）三種邏輯塊和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。OB1為CPU循環(huán)掃描時(shí)間內(nèi)唯一掃描的主程序，F(xiàn)C或FB被CPU執(zhí)行的條件是必須是在組織塊（OB）中被調(diào)用，同時(shí)FB和FC也能實(shí)現(xiàn)子程序的嵌套。FB與FC的區(qū)別在與它們的變量聲明表中能夠定義的參數(shù)類型不同。當(dāng)FC的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)C的參數(shù)不能被保存；當(dāng)FB的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)B的參數(shù)能被保存。在OB1中調(diào)用FC時(shí)，只需直接調(diào)用，如：CALL FC1；而調(diào)用FB時(shí)，必須為其分配一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，用來(lái)保存FB的參數(shù)，如：CALL FB1，DB7。背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)格式與相應(yīng)FB的變量聲明表的數(shù)據(jù)格式相同，不允許用戶進(jìn)行修改。 5.3 用戶基本程序 PLC程序的編制全部按照正邏輯的設(shè)計(jì)，即不論物理信號(hào)是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號(hào)有效。所有物理輸入輸出信號(hào)都需經(jīng)過(guò)邏輯處理好，才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也就是先要定義輸入輸出的信號(hào)有效和輸入輸出信號(hào)的邏輯，再將輸入輸出的物理信號(hào)和邏輯參數(shù)異或，其結(jié)果與有效參數(shù)（使能參數(shù)）與，最后送入輸入輸出緩沖區(qū)中。由于大、小車，主、副鉤控制原理基本相似，現(xiàn)就主構(gòu)上行調(diào)速PLC程序加以說(shuō)明，其I/O邏輯地址見控制回路原理圖（二）。 1 主鉤制動(dòng)器打開 A ( // 與 A I 9.3 // 主鉤一速上行 A I 0.2 //主鉤上限位 O //或 A I 9.4 //主鉤一速下行 A I 0.3 //主鉤下限位 O //或 A M 1.1 //上行零速繼電器 AN M 13.1 //上行延時(shí)繼電器 O //或 A M 1.2 //下行零速繼電器 AN M 13.3 //下行延時(shí)繼電器 ) A I 1.2 //變頻器運(yùn)行 AN I 1.3 //變頻器故障 AN Q 24.1 //主鉤回路故障 AN M 5.7 //門開關(guān)與急停保護(hù)繼電器 =Q 16.1 //制動(dòng)器打開 2 主鉤上行零速輔助繼電器 A （ //與 A I 9.3 //主鉤一速上行 A I 9.6 //主鉤三速上行 FN M 4.1 //下降沿觸發(fā) 0 M 1.1 ) A Q 17.3 //主鉤上行 AN I 9.4 //主鉤一速下行 AN M 13.2 //主鉤上行零速延時(shí) = M 1.1 //上行零速繼電器 3主鉤上行零速延時(shí) A M 1.1 //上行零速繼電器 = L 0.0 A L 0.0 L S5T#400MS A T 31 //延時(shí)時(shí)間400MS = L 0.0 A L 0.0 L S5T#800MS A T 32 //延時(shí)時(shí)間800MS 4 主鉤上行 A （ O I 9.3 //主鉤一速上行 O M 1.1 // ) A I 0.2 //主鉤上限位 AN Q 17.4 //主鉤下行輸出 AN Q 24.1 //主鉤回路故障指示 AN M 5.7 //門開關(guān)與急停保護(hù)繼電器 = Q 17.3 //主鉤上行輸出 5主鉤一速 A （ O I 9.3 //主鉤一速上行 O I 9.4 //主鉤一速下行 ) AN I 9.5