起重机电气的PLC控制系统改造

变频PLC解决方案及传统串电阻调速

起重机是一种用来搬运重物的起重运输机械, 其产品大致可以分为普通桥式起重机、通用门机、冶金起重机等。冶金起重机又可以分为铸造起重机、脱锭起重机、夹钳起重机等类型。

在选择起重机的电气调速方案时首先要根据使用起重机的工艺要求, 确定控制方案, 控制系统要安全、可靠( 注重控制元件或装置的功能及联锁) 、简单、经济、使用及维护方便, 要考虑系统的扩充, 然后选择实现控制方案的厂商。起重机经常处于断续工作状态, 拖动电动机经常处于起动、制动、正反转之中, 负载很不规律, 时重时轻并经常承受过载和机械冲击; 尤其是冶金起重机的工作环境恶劣, 因此对起重机的电气传动系统有很高的要求。起重机上现在常用的调速方式有绕线式异步电动机转子串电阻调速、定子调压调速和变频调速。

1􀀁 传统的起重机调速方式
传统的起重机调速方式采用绕线式异步电动机转子串电阻调速, 这种调速方式因串入的电阻要消耗一部分功率, 使系统的效率降低, 起重机低速时不允许长期运行。串电阻时由于机械特性较软, 转速随负载的变化而变化, 调速效果不好, 使起重机的起升机构空钩时不能低速行。
2􀀁 定子调压调速
定子调压调速是将定子调压装置的可控硅串联于绕线式异步电动机的定子上, 控制单元通过移相改变三相可控硅的触发角来调整定子电压, 电机转矩与定子电压的平方成正比, 改变定子电压可以改变电动机的转矩, 从而实现速度控制。调速比通常为1􀀁10。定子调压装置加到电机上的电压经过一个斜坡来保证电机平稳地加、减速, 从而减少了电机和齿轮箱间的机械冲击力。我们可以通过设置加速度、减速度参数来设定主令控制器从零位到全速的加速时间或主令控制器拉回零位的减速时间, 也可以通过参数设定来进行起重机各档速度的选择。常用的定子调压装置有西门子、ABB 等公司提供的产品。该方式中电机的速度可以通过转子频率反馈或编码器反馈来测定, 实现速度闭环控制。MH 产品通过转子频率反馈测定转速, 西门子产品通过编码器来作为速度反馈,ABB 产品这两种反馈方式都可以采用。
定子调压调速系统的特点: 􀀁 稳定长期地低速运行, 改善了定位的准确性; 􀀁 软起动和制动, 减少了机械冲击, 延长传动机构寿命; 􀀁 自动监测的低速抱闸, 减少了制动器磨损; 􀀁电动机定子零电流换向, 延长了换向接触器的寿命; 􀀁 闭环控制, 系统控制精度提高。
3􀀁 变频调速
交流变频调速系统的原理是: 交流电动机的速度与供电频率成正比, 均匀地改变供电频率, 可以平滑地改变电动机的同步转速, 从而实现鼠笼式异步电动机的速度控制。当电机减速或者起升机构下放重物时, 电动机将机械惯性能量或位能转变成电能反送到变频器中, 使变频器中间直流回路电压升高, 为了防止过电压跳闸, 制动电阻把这种能量转换成热量消耗掉。根据制动单元功率大小的不同, 制动电阻可内置或外置于制动单元。制动单元通过中间回路端子连接到变频器上, 当中间回路电压达到预定极限时, 制动单元自动接通,通过电阻释放电能, 阻止中间回路电压继续升高。变频调速系统要采取措施抑制干扰, 可通过采取屏蔽措施或变频器输出侧加装滤波器来加以抑制。在起重机上常用的变频器厂商有西门子、ABB、日本安川等。
交流变频调速系统的特点: 􀀁 全数字、智能化的设计, 方便灵活的速度设定, 实现稳定低速运行, 改善了定位的准确性; 􀀁软起动和制动, 减少了机械冲击, 延长传动机构寿命, 运行平稳; 􀀁 电动机运行方向、速度无触点控制, 提高了电气系统的可靠性; 􀀁自动的故障监测和保护; 􀀁 利用变频器基频以上近似恒功率调速的特性, 可实现负载较小时的速度加倍运行, 提高了起重机的工作效率。

在上述的调速方式中, 绕线式异步电动机转子串电阻调速最为简单经济, 适用于对低速运行要求不高的场合; 而调压调速和变频调速有很好的运行特性, 调速范围宽, 精度高, 能实现稳定的低速运行, 起制动过程平稳, 定位准确, 且在负载波动较大时, 速度无明显变化, 是目前应用的主流。就系统造价来讲,变频调速的价位高于调压调速, 采用AFE 整流/ 回馈单元的价位高于一般的整流回馈单元。总之, 起重机的电气调速系统极大地提高了起重机的功能、安全性和使用寿命, 它将朝着智能化、高可靠性的方向发展。