[摘要]簡要介紹建筑吊運設(shè)備分類和應(yīng)用；同時結(jié)合先進的變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù)，對建筑吊運設(shè)備中起重機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進行設(shè)計和應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：建筑吊運設(shè)備 起重機 變頻調(diào)速 PLC控制

      [Abstract] Briefly introduced the building lifting equipment classification and application; In combination with the advanced frequency control and PLC control technology, the architecture of the crane hoisting equipment variable frequency speed regulation control system design and application.

      Key: Building lifting equipment   crane    Frequency control of motor speed   PLC control    

　　一、引言

　　在建筑行業(yè)中，吊運技術(shù)是一項極為重要的技術(shù)。隨著我國工程建設(shè)向標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、大型化、集成化方向發(fā)展，設(shè)備吊運的重量越來越重，高度越來越亮，難度越來越大，一個大型設(shè)備的吊運，往往是制約工程的進度、經(jīng)濟和安全的關(guān)鍵；同時也是展示企業(yè)的技術(shù)能力和裝備能力。為適應(yīng)當(dāng)前形勢的發(fā)展，吊運設(shè)備的種類也越來越多，吊運設(shè)備的控制也越來越先進化和智能化，其中變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù)在建筑吊運設(shè)備得到大量應(yīng)用。

　　二、建筑吊運設(shè)備

　　建筑吊運設(shè)備按吊運的性質(zhì)可分為：簡單吊運器具：如千斤頂、滑輪組、葫蘆、卷揚機、懸掛單軌等；起重機：常用的起重機有流動式起重機、塔式起重機、桅桿式起重機。建筑吊運設(shè)備按結(jié)構(gòu)形式可分為：橋架式（橋式起重機、門式起重機）；纜索式；臂架式（自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式等）。

　　而在建筑行業(yè)中使用最多的吊運設(shè)備為塔式起重機，其適用于在范圍內(nèi)數(shù)量多、而每一件單件重量較小的構(gòu)件或設(shè)備的吊運，并其作業(yè)周期長。目前，塔式起重機吊運的能力在3噸至100噸之間，而其臂長能達到40米至80米，所以，塔式起重機常用在使用地點固定、使用周期較長的場合，較為經(jīng)濟。塔式起重機有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、運行、頂升、電纜卷放等機構(gòu)，各個機構(gòu)的負(fù)載特點區(qū)別很大。如起升機構(gòu)為位能負(fù)載，負(fù)荷不變時為恒轉(zhuǎn)矩，上升時為阻力負(fù)載，下降時為動力負(fù)載；回轉(zhuǎn)、變幅則主要傳遞水平負(fù)荷，起動、制動時要客服較大的慣性。負(fù)載特點不同，在選擇電機、確定傳動方案和調(diào)速方法，操作使用方面也要有不同的要求。同時，由于建筑工地戶外條件惡劣，電源質(zhì)量不佳，外部環(huán)境影響大，檢查維修較困難，因此對建筑吊運設(shè)備電氣系統(tǒng)的可靠性即為重要。

　　三、變頻變頻控制系統(tǒng)

　　3.1、變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速器是一種高科技電子電力元器件集成的電機拖動裝置，理論上可以無級調(diào)速。而且變頻調(diào)速是從恒轉(zhuǎn)矩到恒功率進行全方位調(diào)速，設(shè)定一個頻率就有一個對應(yīng)速度，電控系統(tǒng)是以負(fù)載工作的實時變化要求為基礎(chǔ)進行設(shè)計的，因此需要對負(fù)載和電機的特性進行全面的計算。頻率f≤50Hz時電機以恒轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)運行，頻率f>50Hz時電機以恒功率的狀態(tài)運行。圖1中不同頻率的機械特性曲線清楚地表明，不同的負(fù)載(轉(zhuǎn)矩比)可以有咒種速度運行，完全能夠滿足輕載高速、重載低速的要求。

　　3.2、起重機變頻調(diào)速的硬件選擇

　?。?）變頻電機的選擇

阻等效電阻值；V－制動單元直流工作點電壓，一般取700V；Pe－電機額定功率；Kc－制動頻度，在橋式起重機中取0.2～0.4；K－回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。

　?。?）可編程控制器（PLC）的選擇

　　在橋式起重機中，由于各機構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個機構(gòu)所需的PLC總點數(shù)一般在19～20個點。對一臺三個機構(gòu)的橋式起重機一般所需的總點數(shù)在60個左右。

　?。?）其它電氣元器件按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行選擇，在此不作詳細(xì)說明。

　　3.3、起重機變頻調(diào)速的電氣圖設(shè)計

　　現(xiàn)以安川變頻器為例，主要說明起重機變頻調(diào)速部分的電氣圖設(shè)計。起重機起升機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理圖如圖2所示。起升機構(gòu)變頻電機內(nèi)配有旋轉(zhuǎn)編碼器，與安裝在變頻器內(nèi)的速度卡連接，構(gòu)成速度閉環(huán)控制。變頻器上的S1～S7、SC、MA、MB、M1、M2等控制點和控制電機風(fēng)扇運行接觸器K7及制動器動作接觸器K8的線圈控制線路分別與所選PLC的輸入、輸出及電源點連接，通過PLC內(nèi)部程序的運行，實現(xiàn)對起升機構(gòu)變頻調(diào)速閉環(huán)控制。在變頻器電源輸入端子（R、S、T）和電源之間，配有漏電斷路器Q1和AC電抗器。其中漏電斷路器Q1的容量為變頻器額定電流的1.8倍，感應(yīng)電流在30mA以上,可以檢出對人體有危險的高頻漏電流，防止事故的發(fā)生；而其AC電抗器和變頻器內(nèi)的DC電抗器可有效改善電源側(cè)的功率因數(shù)，降低對外界的干擾。

　　起重機移動機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理如圖3所示。移動機構(gòu)變頻調(diào)速為開環(huán)控制，無需配旋轉(zhuǎn)編碼器及速度卡。其它線路設(shè)計與起升機構(gòu)類似。

　　3.4、起重機變頻調(diào)速的程序設(shè)計

　　起重機變頻調(diào)速的程序設(shè)計其實就是對所選PLC內(nèi)的程序設(shè)計。PLC的程序設(shè)計一般采用梯形圖或指令表兩種方式進行程序設(shè)計。起重機變頻調(diào)速的PLC程序分兩部分：運行控制程序和通信接口程序。一般起重機變頻調(diào)速主要的程序是運行控制程序，而對于通信接口程序只有在PLC配有觸摸屏?xí)r才會涉及到。起重機每個機構(gòu)的運行控制程序基本由電氣保護、檔位控制、制動器及電機風(fēng)扇運行程序段組成。其中檔位控制就是起重機司機室內(nèi)聯(lián)動控制臺的檔位變化，通過PLC內(nèi)的程序運行，控制變頻器的多段速指令變化，而使變頻器輸出頻率隨檔位變化而按預(yù)設(shè)好的頻率發(fā)生變化。

　　起重機的PLC控制系統(tǒng)有96個輸入點、64個輸出點組成，共160輸入、輸出點，采用西門子S7-300(CPU為315-2DP)PLC，其擴展7塊數(shù)字量輸入模塊SM321、4塊數(shù)字量輸出模塊SM322。

　　四、起重機變頻調(diào)速的安裝調(diào)試

　　起重機變頻調(diào)速控制柜在柜內(nèi)安裝時，變頻器上下離柜體或其它元件的距離應(yīng)在120mm以上，左右離柜體或其它元件的距離應(yīng)在30mm以上，而且變頻器和PLC最好不要在同一個柜內(nèi)，避免相互間的影響。變頻器和PLC的控制回路接線應(yīng)采用屏蔽電纜，盡可能與動力線分離走線。變頻器及PLC的接地采用C種接地，與電焊機、動力設(shè)備等接地分離，其接線應(yīng)盡可能短。

　　起重機變頻調(diào)速的調(diào)試一般有以下幾步：（1）調(diào)試前對所有設(shè)備、線路接線進行檢查，測量電氣線路在運輸安裝過程的損傷情況，以及電網(wǎng)供電是否存在缺相現(xiàn)象；（2）將預(yù)先設(shè)計好的程序輸入到PLC內(nèi)，這步也可在柜體制作過程中進行；（3）對變頻器上電檢查后，通過變頻器上的控制屏對電機進行點動操作，看其旋轉(zhuǎn)方向是否正確；然后選擇適合電機的自學(xué)習(xí)方式，對電機進行自學(xué)習(xí)。若選擇了旋轉(zhuǎn)型自學(xué)習(xí)，就必須將負(fù)載脫離，并確保電機可安全旋轉(zhuǎn)；（4）設(shè)置所選控制模式對應(yīng)的參數(shù)及其它相應(yīng)參數(shù)（其具體設(shè)置參見各自所選的變頻器使用手冊），并確定所有設(shè)備通電均無異常后，進行橋式起重機空載調(diào)試。（5）空載調(diào)試好后，帶上額定負(fù)載進行滿負(fù)載調(diào)試。在滿負(fù)載調(diào)試時，適當(dāng)改變變頻器的加減速時間參數(shù)值，使加減速時間調(diào)整達到最佳值。若起升機構(gòu)滿負(fù)載運行時，出現(xiàn)明顯的溜鉤想象，就需要調(diào)整變頻器內(nèi)的制動參數(shù)。

　　五、結(jié)束語

　　起重機采用變頻調(diào)速后，經(jīng)過實際應(yīng)用，運行效果良好，性能穩(wěn)定可靠，故障維修率明顯減少，達到了用戶的預(yù)期目標(biāo)，為用戶創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益，受到了許多用戶的好評。同時，在負(fù)荷經(jīng)常變化的情況下，具有輕載高速，重載低速的性能，合理利用功率，達到節(jié)能減排的目的。

　　參考文獻

　　1．裘為章主編·實用起重機電氣技術(shù)手冊·機械工業(yè)出版社，2001

　　2．張質(zhì)文等主編·起重機設(shè)計手冊·中國鐵道出版社，1998

　　3．戴廣平編著·電動機變頻器與電力拖動·中國石化出版社，1999

　　4．王正茂等編著·電機學(xué)西安交通大學(xué)出版社，2000