摘要：基于行車升降控制的特點和設(shè)計的要求，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250T/100T進行全面電氣改造的設(shè)計方案。分別從硬件的配置、電路設(shè)計、軟件編程和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定等幾方面作了詳細的闡述。 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廠1978年從太原重型機器廠購買的重型起吊設(shè)備，主要用于汽輪機轉(zhuǎn)子，汽缸等精密部件的搬運和安裝使用。原有控制系統(tǒng)是根據(jù)常規(guī)使用設(shè)計，大、小車運行機構(gòu)速度能夠滿足運行需要，但其調(diào)速方式存在運行不平穩(wěn)，難精確定位等問題。主鉤與副鉤提升電機作為起吊動力電機，由于設(shè)計時調(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行中機械特性太軟，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，下放時準(zhǔn)確定位必須使用“點車”并配合機械制動或者反接制動操作，操作難度大，容易造成汽輪機轉(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動系統(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消耗部分能量以達到調(diào)速效果，在低速區(qū)具有穩(wěn)定性差、出力不足的缺點，在高速重載下降時要有第三方制動即拖拽才能保證重載不溜鉤，這種制動方式采用有能耗制動、單相制動、低頻發(fā)電機制動等。它們在能源利用方面：要消耗大量能源作制動、降能方面的功，只有一少部分（用以驅(qū)動電機作功）作功是用來提升重物。在電機保護方面：由于采用了第三方的拖拽對電機的沖擊較大，在能耗和單相制動要對電機注入直流電流和不平衡電流，在頻繁使用過程中會使電機的溫度過高，影響電機的絕緣加速了電機的老化過程。在機械平穩(wěn)方面：由于制動的沖擊力使振動加劇，加速了機械疲勞過程。 改造過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)計實現(xiàn)對變頻器開關(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參數(shù)來實現(xiàn)了變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是一平滑的過程，在調(diào)節(jié)速度過程中是無級的，對振動不敏感。其本身具有控制接線簡單，全過程可調(diào)整，調(diào)速精度高，啟動力矩大，過載能力強等優(yōu)點。變頻器能通過開環(huán)、閉環(huán)、編碼器、總線、頻率、矢量、力矩等控制組合出多達十幾種控制。 3電器選型： 在使用變頻器的過程中對成本的回收不是利用設(shè)備的創(chuàng)造價值，而是依附節(jié)省能源這部分來實現(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，與是國內(nèi)或國外的產(chǎn)品沒多大關(guān)系。在國內(nèi)用戶只注重變頻器一次性投入價格，而忽視了性價比的用戶比較常見。在變頻器的選型時，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，變頻器對電機的建模方法，控制板和功率板的設(shè)計運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階，一切源自于安川起重應(yīng)用宏的設(shè)計是針對與起重設(shè)備各機構(gòu)的調(diào)速需求。 　　在行車應(yīng)用中，要求變頻器在四個象限工作、200%力矩啟動、啟動次數(shù)頻繁等苛刻條件下工作。變頻控制時為防止重載提升貨物過程中出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。安川專用的機械制動應(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。 　　在起升過程中變頻器如果在沒有力矩輸出時就誤打開機械報閘是很危險的，更不符合《起重設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》的要求。機械制動應(yīng)的開閉信號都由變頻器的輸出端子控制。原理是：用電流互感器檢測輸出電流，進行向量分解以檢測電機定子磁場位置，計算反饋給控制處理器CPU，經(jīng)CPU運算分析通過專用ASIC電路發(fā)出控制信號，觸發(fā)門極驅(qū)動器來控制IGBT橋的PWM調(diào)制電壓、頻率的。整個過程在每1ms內(nèi)循環(huán)完成一次。當(dāng)輸出力矩足夠大（>150%）時打開報閘，運行時電機出力將自動保持在能夠提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度，停車時先降低頻率增大力矩直到輸出頻率為零，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后（0~1S），控制端子輸出閉合報閘信號，控制報閘閉合。采用頻率控制或速度控制。 　　大、小車，主、副鉤本身慣性較大，為防止電機被倒拖處于發(fā)電狀態(tài)時產(chǎn)生過電壓,因此各驅(qū)動變頻器都配備有制動單元和制動電阻來釋放能量。為了減少對電網(wǎng)諧波的污染，每個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,因此大車機構(gòu)驅(qū)動電機采用變頻器V/F控制平板方式，小車機構(gòu)采用開環(huán)矢量控制，主、副鉤提升機構(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 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)計原理基本相同，故在這里就以主鉤電氣設(shè)計為主來闡述設(shè)計原理與思想。 5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計 硬件連接好，插入存儲卡到中央處理器中，建立計算機和中央處理器的通訊。開始對系統(tǒng)進行PLC程序調(diào)試，要求對系統(tǒng)作一次（PLC）總清或總復(fù)位。PLC總清完成后，PLC程序即可進行調(diào)試。本次設(shè)計所選用的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)點擊STATION目錄級，選擇“Hardware”圖標(biāo)，進入硬件配置窗口。 （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：啟動特性，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）實際組態(tài) 已存在硬件中的實際組態(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,基本程序項目庫由組織塊（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FB和FC也能實現(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，只需直接調(diào)用，如：CALL FC1；而調(diào)用FB時，必須為其分配一個背景數(shù)據(jù)塊，用來保存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，即不論物理信號是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號有效。所有物理輸入輸出信號都需經(jīng)過邏輯處理好，才能進行邏輯運算，也就是先要定義輸入輸出的信號有效和輸入輸出信號的邏輯，再將輸入輸出的物理信號和邏輯參數(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程序加以說明，其I/O邏輯地址見控制回路原理圖（二）。 1 主鉤制動器打開 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 //上行延時繼電器 O //或 A M 1.2 //下行零速繼電器 AN M 13.3 //下行延時繼電器 ) A I 1.2 //變頻器運行 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)與急停保護繼電器 =Q 16.1 //制動器打開 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 = M 1.1 //上行零速繼電器 3主鉤上行零速延時 A M 1.1 //上行零速繼電器 = L 0.0 A L 0.0 L S5T#400MS A T 31 //延時時間400MS = L 0.0 A L 0.0 L S5T#800MS A T 32 //延時時間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