摘要： 伴随现代工业化的飞跃发展，为适应更安全可靠，精密灵活的自动化控制流程，本文将重点介绍在桥式起重机采用变频器作为拖动系统电动机的变频调速电源，用PLC作为拖动系统的控制器件，将变频器起动转矩大、调速性能好、控制方便、兼有多种保护的优点和PLC控制可靠、灵活的特点有机结合在一起，提高了桥式起重机在运行中的可靠性和安全性.
关键词：PLC，变频器，集中控制，灵活可靠。
一、概述
本公司一台60吨龙门吊，因已使用达二十年以上，电气控制系统已严重老化，几乎无法使用，根据大修要求，经认真分析权衡利弊，公司决定对其进行全面整改，并首次全部由自主设计和应用新型的PLC和变频技术。一是对设备本身的性能完善和提升，二是增强公司的电气技术水平。
二、原系统分析
原设备电气驱动系统分为大钩升降、电动葫芦、小车、大车四部份。其中大钩升降由一台63kW的绕线式异步电动机驱动，电动葫芦包括小钩13KW和小跑两台1.8KW均为鼠笼式异步电动机驱动、大车由两台7.5 kW绕线式异步电动机、小车由一台15 kW绕线式异步电动机驱动。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式.由于工作环境差，粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重，实际过载率高，由于冲击电流偏大，容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障， 影响现场生产和安全，工人维修量和产生的维修费用也很高.并且原调速方式机械特性较差，调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。综上所述原设备存在的主要缺点如下：
（1） 拖动电动机容量大，起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重。
（2） 起重机升降、小车、大车起动、停止速度过快，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命缩短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性较低。
（3） 起重机每天需进行大量的装卸操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件---交流接触器来接入和断开电动机转子上串接的电阻，切换十分频繁，在电流比较大的状态下，容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的铜电阻因灰尘、设备振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。
（4） 在起重机起升的瞬间，升降电动机有时会受力不均匀，易过载，直接造成电机损坏或者钢丝绳断裂。
（5） 为适应起重机的工况，起重机的操作人员经常性的反复操作，起重机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
针对上述现有技术存在的不足，本次改造的起重机采用先进的可编程控制技术（PLC）和变频器技术，以程序控制取代继电器，接触器控制来控制电动机。
三、改造方案：
交流电动机的调速方式很多，针对上述存在的不足和成本问题，综合各种考虑，决定大钩仍保留采用转子串电阻接触器平衡将其切除的调速方式，但改为由PLC程序控制，对其控制工艺也进行了改进;大、小车改为变频调速;电动葫芦则不变速。全机构全部采用主令控制器操作，由一台PLC集成控制。
3.1传动系统
1、电动机
原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面的考虑，通过短接转子回路进行使用。
2、调速方法
大小车均采用目前国际先进技术具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用五段速度运行，从低到高自由切换。
3、制动方式
采用直流制动和电磁机械制动相结合的方法。
3.2变频器的选型
变频器的容量必须大于负载所需求的输出，起升机构要求的起动转矩为1.3—1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.6—2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说，可提供长达60秒、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。
根据以上标准计算本次大车，小车变频器选型定为;G7A4018
3.3变频器的附件选型
制动单元，制动电阻。根据变频器的输出容量，对照附件选型，确定制动单元为;CDBR4045一台，制动电阻为;13.6欧，6000瓦一组。
3.4 PLC的选型
根据起重机控制回路的输入输出接点，和被控对象的性能要求，因整车设计由一台PLC集中控制，选用三菱FX2N-128MR继电器输出共计128个I/0接点的PLC。
四、改造过程：
根据实际工作及设计规范，本次60T龙门吊电气图纸全新设计升级，由操作台主令开关控制PLC输入，再由PLC集中控制输出，变频器的参数设置，按变频器使用功能，现场实际使用情况设置的部分参数值。参数设置完成后，接上电机，脱开负载进行变频器旋转型自学习，待自学习完成后，再进行整机调试，根据实际情况再做个别参数修改。
五、检验结果
变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著经济效益和安全可靠性：
1、系统健全的安全性：
所有的操作电压及限位开关信号都是直流24V，也就是说即使带电操作也是安全的。系统严格按照保护接地规范，所有应该接地的部位或元器件都进行可靠接地。内部程序和外部电路的双重完善保护，使系统运行更可靠。
2、优良、稳定性：
因采用PLC程序化控制，线路变得简单，大大减少故障，使维护及拆装都更方便。大车和小车都是变频器无级变速，使庞大的60吨门吊运行起来十分平稳，这一点是老式的串电阻调速远远无可比拟的。主令开关较之凸轮控制器操作，本身就大大提高了操作的舒适度，加上无级变速，操作起来更是得心易手。若以后需要在控制工藝上有所改动，或者速度要求变化，只需改变PLC程序或者重新设置变频器参数即可，此点相当于系统具有良好的可升级性。
3、合理的成本性：
整个电控系统由于全部是公司自主开发，这不仅有利于提升公司内部的技术水平，而且这本身也是一项很好的技术成本。此台60吨门吊的电气系统改造，改造后系统的维护维修费用将会大大降低，同时，变频器技术的应用，不仅大大降低了对电动机乃至设备整体机械机构的冲击损害，而且在节能方面也显得十分可观。
总结
通过对改造后起重机的使用情况证明，采用变频器和可编程序控制器相结合的方法后，克服了原继电器系统的不足，系统安全可靠，性价比提高，且控制程序可根据需要修改，对提高控制技术水平具有广阔的应用前景。变频调速系统在起重机控制中显示出其控制性能优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点，是起重机控制系统的发展方向。在使用过程中实现了软起动、软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠;可实现起重机的调速、换向、能量回收制动等功能，适应范围广，节能效果明显。结合本次改造，希望能给其它老旧龙门式起重机改造提供一定的参考价值。由于笔者水平有限，纰漏之处敬请批评指正。
参考文献
1《MQ6042龙门式起重机说明书》
2 成大先.《机械设计手册》.化学工业出版社，2002年
3梁昊.最新变频器标准实施和设计.北京：电力出版社，2005.125-136.
4三菱（中国）有限公司. FX-2N可编程控制器手册. 2002
5《安川G7变频器使用说明书》。2006版