Question

PLC能应用到起重行业吗？

PLC能应用到起重行业吗？如果能用他能做什么样的事情

Answer 1

变频器、PLC在桥式起重机自动控制系统中的应用

一、原系统分析：
桥式起重机情况:
桥式起重机(天车)是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要应用。5吨桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车由两台4 kW绕线式异步电动机、小车由一台2.5 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） 由于电动机一直在额定转矩下工作，而每次升降的负载是变化的，因此容易造成比较大的电能浪费。
（4） 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。同样小车、大车的运转也存在上述问题。
（5） 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。
（6） 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。
（7） 起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。由于升降、大车、小车三个凸轮控制器之间没有固定的联系，在起重机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。
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，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了起重机的半自动化控制。
二、改造方案：
交流电动机的调速方式很多,针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。
2.1拖动系统
1、电动机选型
A.大车与小车用电动机 可选用普通的笼型转子异步电
动机；
B.升降用电动机 由于要求比较高，应选用变频专用的笼
型转子异步电动机。
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，通过短接转子回路也能进行使用。
2、调速方法
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6段速度运行，从低到高自由切换。
3、制动方式
采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。
A.首先，通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到0(使它们停止) ；
B.对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间（如重物在半空中平移），而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰，（如在平移过程中常易出现的瞬间断电）因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。

2．2变频调速系统的控制要点
桥式起重机拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行走及速度档位；小车的前、后行走及速度档位；起重机的升、降及速度档位等。所有这些，都可以通过可编程序控制器（PLC）进行无触点控制。
桥式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：
1）电磁制动器在通电到断电（或从断电到通电）之间是需要时间
的，大约0.6秒（视型号和大小而定）。因此，变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。
2）变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以
免发生“过流”而跳闸的误动作。
为此，具体控制方法如下：
1．重物高空停止的控制过程
A．设定一个“停止起始频率”fBS,当变频器的工作频率下降
到fBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；
B. 设定一个fBS 的维持时间tBB, tBB长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要的时间；
C. 变频器将工作频率下降止0。

图1-1 重物高空停止的控制过程
2． 重物升降的过程
A． 设定一个“升降起始频率”fRD,当变频器的工作频率上升到fRD
时，将暂停上升。为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已经能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作频率达到fRD的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需要的时间tRC；
B．当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开
指令”，使制动电磁铁开始通电；
C. 设定一个fRD的维持时间tRD，tRD的长短应略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要的时间；
D. 变频器将工作频率上升止所需频率。
如图1-2 所示:

3. 变频器的零速全转矩功能和直流制动励磁功能
艾默生高性能矢量TD3000系列变频器，具备了有效的防止溜钩的一些独特的制动功能，如：
A.零速全转矩功能 变频器可以在速度为0的状态下，保持电动
机有足够大的转矩。这一功能保证了起重机有升降状态降为0时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩的放生。
B.起动前的直流强励磁功能 变频器可以在起动之前自动进行直流强励磁。使电动机有足够大的转矩（有速度传感器的矢量控制：200%rpm；无速度传感器的矢量控制：150%/0.5Hz）,维持重物在空中的停住状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会溜钩。

三．桥式起重机采用变频调速的优点和系统介绍
3.1变频调速控制系统的优点
1.变频器调速控制系统的保护功能强
A.变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式；
B.使用变频器控制电机的运行控制，可以进行电机的软启动，而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速；另外对电机的一些参数做到补偿；对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时很准确的检测而自动采取应变措施保护电机；
2.工作可靠性显著提高，主要有以下几个方面：
A.电磁铁的寿命可大大延长 原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的，采用变频调速后，可以在基本停住的状态下进行抱闸，闸皮的磨损情况大为改善；
B.操作手柄不易损坏 原系统的操作手柄因常常受力过大，属于易损件。采用变频调速后，操作手柄的受力将大大的减小，不容易损坏；
C.控制系统的故障率大为下降 原系统是由于十分复杂的接触器、继电器系统进行控制的，故障率较高。采用了变频调速控制系统后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。
3.节能效果十分可观 绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内消耗大量的电能。采用变频调速系统后，非但外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，并且在起重机放下重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源。
5．调速质量明显提高 采用了变频调速系统后，调速范围有PG矢量控制时1：1000，无PG矢量控制时1：100，速度控制精度有速度传感器矢量控制0.05%，无速度传感器矢量控制0.5%最高频率，并且调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率。
6．可简化传动链 由于可以进行无级调速，从而在机械上省去了非标设计的减速箱，使传动链结构简单，设计标准化。
3.2变频调速控制系统的介绍
1.大、小车运行机构 大车为双梁结构，分别由两台4KW电动机拖动，用一台较大的变频器（15KW）供电；小车由单台2.5KW电动机拖动，并且由单独的变频器（3.7KW）供电。
大、小车变频器都有预置为V/F控制方式。大、小车系统图如1-3图和1-4图所示；

图1-3 起重机大车行走系统图

图1-4 起重机小车行走系统图
2.起重机升降机构 起重机升降的电动机由一台电动机（13KW）驱动。系统框图如图1-5所示：

3.制动单元和制动电阻 本系统对于重物下降时电动机再生的电能，采取由变频器外接的制动单元（TD3000系列变频器22KW及其以下机型中，已内置了制动单元；但是所有的制动电阻都需要外接）和制动电阻消耗掉的方式。针对桥式起重机的起重机升降机构起、制动频繁，要求制动的转矩较大，以及下降时制动状态的持续时间较长等特点，因此：
A.制动单元用标准配置就可以实现制动过程的功能。
B.制动电阻的额定功率可以稍稍的加大一倍。
总的系统方框图如下：

4. 可编程序控制器（PLC）选择：
此方案,选用美国紧凑型EC20系列可编程序控制器。EC20系列可编程序控制器是艾默生(EMERSON)公司致力于工业自动化领域全新推出的新一代可编程序控制器，它代表了工业自动化控制的最高水平，是最新计算机技术与工业控制技术的完美结合。具特点主要如下：
·体积小，结构紧凑；
·采用功能强大的最新MCU和CPLD工业控制专用芯片；
·丰富的硬件资源，高执行速度；
·强大的组网功能：支持MODBUS协议和自由端口协议；
·功能强大的用户指令集，包括PID等复杂指令；
·独特的抗干扰设计，重要数据的掉电保护功能；
·板件严格的三防处理，宽电压设计，适应恶劣现场环境。
PLC 按控制程序、输入控制信号来完成起重机各种工况的协调，并决定起重机的各种工作状态。系统软件设计采用 PLC梯形图语言来编程完成，用 PLC控制工作可靠，扫描速度快，控制非常灵活。
5. 变频器选择：
此方案，变频器选用安川品牌变频器。
采用变频器驱动异步电动机调速，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器，通常令变频器的额定电流≥（1.05～1.10）电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。
I1nv≥（1.05～1.10）In或（1.05～1.10）Imax
式中I1nv--变频器额定输出电流（A）；
In--电动机的额定电流（A）；
Imax--电动机实际最大电流（A）。
大车小车行走是一般的负载，因此采用安川系列和安川系列变频器驱动。对于起重机升降电动机，考虑到功能性负载，工作时总是重载起动、制动。而且要求尽可能地快速起动、制动。变频器的容量是按上式计算得到的。根据实际情况，经过与同类变频器的性能与价格及售后服务等方面的综合考虑，变频器选用安川公司高性能矢量控制变频器。安川变频器采用目前国际先进的矢量控制方式，通过对电机励磁电流和转矩电流进行解耦控制，实现转矩的快速响应和准确控制，能以很高的精度进行宽范围的调速运行。

Answer 2

也可以选用其他的变频器，如国产西林，康沃等品牌，PLC可选用仿西门子上海驰恩

Answer 3

当然可以
PLC是电气控制的一种
是一种可编程的控制系统

对机械，灯等一些电气设备都可以

Answer 4

起重机PLC系统的设计，主要包含以下环节：
1、充分了解各种类型起重机生产过程的结构、原理、工况和特点。
2、充分了解并确定用户提出的功能控制要求。一般用户，特别是对PLC的特点完全不熟悉的用户，先期提出的功能要求是不完全的，有的也可能是难以实现的。在了解被控对象的基础上，主动为用户着想，介绍PLC的功能特点，对那些不需要增加额外的硬件开销并能充分发挥PLC潜力的功能，如自动计数、设备运转时间的记录等都主动为用户考虑；对那些实现起来花费很大投资，而效益不大的功能向用户解释说明，在尊重用户意见的基础上，进行协调处理。
3、确定除PLC装置外系统的硬件结构：包括为实现全部控制功能所必须的传感器、开关按钮、执行机构及指示报警等输入输出装置。
4、画出时序图和状态图等功能流程图。深入分析系统功能，为编程打下基础。
5、PLC装置的选型：
1）系统本身需求的分析：
①确定系统所需I/O端口的数量和种类。
②确定CPU应有的主要功能。
③确定内存的容量大小和种类。
④根据现场情况确定是否需要远程I/O。
⑤考虑系统工作环境要求。
2）市场产品的分析：
查看哪些型号在技术性能上满足要求，哪些可基本满足要求，在这些型号中，再进行价格方面的比较和衡量，并综合考虑产品的可靠性、供货的及时性和售后服务方面的信誉等，从中选出较为理想的产品。
6、应用程序的设计和模拟调试，由于PLC的全部控制功能都是通过其应用程序（或称用户程序）的执行而实现的。因此，程序设计无疑是PLC应用系统的关键环节。应充分利用PLC各种简单、高效的编程指令功能来编制程序。
PLC编程技术要点：
①列出PLC输入/输出通道分配表。
②根据功能流程图画出程序流程图及程序结构功能模块图。
③随时登记所用程序元素，便于检查和避免重复。
④多使用内部继电器，避免过于复杂的混联逻辑。
⑤注意考虑系统功能要求中没有想到的问题，比如互锁、联锁等。
⑥进行程序的修改及简化。
⑦将程序输入PLC并使用模拟I/O装置按照控制要求进行模拟调试。
7、进行实机的现场联合调试。
这是一项系统、复杂、繁锁而且必不可少的工作，它需要起重机制造厂家、控制设备配套厂家、用户和设计调试人员的密切配合。
①将PLC控制柜与起重机上的各种电气设备、执行元器件联接好，确定准确无误，则可进行实机的现场联合调试。
②首先分别进行各机构控制回路的调试，检查各种继电接触器的动作情况是否符合起重机各机构的逻辑要求，各种故障的显示报警是否准确等，否则在现场修改应用程序直到准确为止。
③合上各机构主回路开关，进行各机构空载试验，方法与步骤同②。
④最后进行整机的载荷试验，载荷试验必须由轻载、半载和额定载荷的顺序逐步进行，一直到整台设备的各种运行状态完全达到技术规格书的要求，符合国家起重运输机械的有关规范和标准，最终得到用户的认可。

二、应注意的问题
为提高系统的可靠性，在设计过程中，应该注意以下几个方面的问题：
1、使输出模块（端口）的负荷留有一定的余地。PLC装置本身最易受到损坏的部件就是输出模块。降低输出端口负荷的最简单的方法是给它加上功率放大环节，即使用吸合功率和保持功率都相对较小的中间继电器进行转换。另外，设计和选型时应特别注意这些输出模块的输出特性。
2、注意对输出模块的外电路保护。为防止因外电路短路等原因造成输出端口的损坏，可在其输出口设置短路保护装置。
3、联锁、互锁功能的软、硬件设置。单纯在PLC内部逻辑上的联锁和互锁，往往在外电路发生故障时就失去作用。如电机的正、反向接触器的互锁以及交、直流接触器的互锁等，仅在应用程序中实现是不够的。因为，接触器往往会出现主点“烧死”而在线圈断电后主电路仍不断开的故障，这时如给出相反的控制命令则会造成主电路的严重短路。解决这一问题的方法是将两接触器的常开辅点引入PLC输入口，再在软件中把它们以常闭的方式串入对方输出点线圈，就可起到较完善的保护作用。再加上硬件上的互锁，就更完善了。
4、对PLC电源的要求及系统的失压保护。在起重机装卸现场，供电质量普遍较差，干扰、波动、低电压运行和瞬间高压经常出现，都会对PLC装置的运行产生影响。尽管大部分PLC系统都有较强的电源适应能力，但是采用高质量的稳压电源无疑会增加系统的可靠性。在应用程序开发时要特别注意系统的失压保护，要处处考虑出现失压状态时系统初始状态的恢复和联锁。
5、采用一定的抗干扰措施。
6、保留备用的控制手段。
摘自:CEC China技术论坛

Answer 5

可以对起重机的基本动作，承受重量等等进行现场控制。

Answer 6

我就是干起重的，PLC在我们这行使用的很广泛。
目前主要是控制和保护，但是以后如果能深入到算法这一层面后，可能会有一些突破