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摘要：介绍了大型起重机的控制系统，分析了其优缺点。结合大型起重机控制系统的特点，介绍了变频器和PLC控制技术，探讨了变频器和PLC在大型起重机中应用的可行性。从变频器和PLC技术在启动制动控制、调速控制、节能等方面进行了分析，并提出了采用变频器和PLC技术对大型起重机进行控制的方法。
关键词：起重机；变频器；PLC；控制系统
引言
起重机械发展到今天，已有几百年的历史。从最初的人力或牲畜驱动的起重机雏形，到出现水力驱动的简易起重机，再到今天的以电动机或者内燃机作为动力装置的各种各样的起重机，起重机械的发展始终紧跟人类科技进步的脚印，随着几次工业革命经历了翻天覆地的变化。在工业进入到信息产业时代的今天，起重机械越来越朝着大型化、轻量化、智能化的方向发展。大型起重机主要指额定起重量大于320t的桥门式起重机，其智能化的实现主要依靠控制系统的革新，这就对大型起重机的控制系统有了更高的要求。
1.大型起重机的控制系统
大型起重机的控制系统包括电力拖动和电气控制等部分。电力拖动部分的作用是为起重机各机构的运行提供动力和速度控制；电气控制部分的作用是对起重机进行操纵和控制，是控制系统的核心。目前大型起重机常用的控制系统主要由供电系统、电动机、各种控制电器（包括主令控制器、各种开关和断路器、接触器、继电器、电阻器等）组成。由于大型起重机的工作环境恶劣，常在露天、高温、粉尘、蒸汽等条件下工作；作业条件复杂，大型起重机的工作是断续进行的，电动机处于频繁的起动、制动状态；负载较重，经常达到额定起重量；且对起重机的精度要求较高，因此，大型起重机的控制系统必须适应上述工作特点。然而，这种控制系统采用串电阻的方式进行调速控制，既不能达到精确控制的要求，又会增加能量的损耗，因此，传统的控制系统已不适合在大型起重机中应用。
2.变频器和PLC控制技术
近年来，变频器作为一种新的调速控制元件越来越多的出现在了工业控制领域，在机床、电梯等设备中已有了较为广泛的应用。然而由于其较高的价格，应用在起重机的控制系统中还不多见。随着起重机大型化、智能化的发展，以及变频器技术的成熟，变频器结合PLC控制技术在大型起重机上已具备了应用的条件。
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流器（交流变直流）、滤波、逆变器（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的快速通断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
可编程序逻辑控制器简称PLC，具有可靠性高，抗干扰能力强；功能强，扩展性好；系统开发周期短，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点，在性能上比继电接触器控制优异。从整个系统的性能价格比而言，PLC控制相比传统的继电接触器具有很大的优势。
3.变频器和PLC控制技术在大型起重机中的应用
通用变频器一般采用电压-频率（V/F）协调控制。但应用于大型起重机的控制系统中，电机的电压降会随着电机速度的降低而相对增加，这就导致励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，起重机用变频器需要通过提高电压来补偿电机速度降低而引起的电压降。另外，起重机专用变频器还应具有较强的过载能力、定精确的抱闸控制以及可以在恶劣环境中工作的特点。
使用变频器和PLC控制技术的大型起重机除具有启动制动平稳，调速控制精确等特点外，还具有高效节能的优点，这在能源日益枯竭、环境逐渐恶化的今天，有着相当重要的意义。起重机中使用变频器的节能效果主要体现在三个方面：
（1）调速方式：相比于常见的转子串电阻调速方式，变频器能通过直接改变电源的频率来改变转速，而不需要将 电能浪费在外接的电阻上，电能利用率高。
（2）降低结构自重：用变频器驱动的电机起动加速平稳，可以降低起重机各个机构工作时的冲击，有利于起重机结构 的优化设计，降低结构自重。
（3）能量回馈：电动机在运行减速制动或重物下降中有可能处于发电状态，此时变频器可以通过自身或者是外接能量回馈装置将电能反馈回电网。
4.采用变频器和PLC技术对大型起重机进行控制的方法
根据大型起重机工作要求，要实现对起重机的控制，PLC必须接受操作信号并进行综合处理和控制变频器输出，驱动电机动作。它与变频器之间的联络主要有：速度信号，制动信号，正反转信号，运行应答，达速控制，故障处理等。大型起重机变频调速控制系统要实现的功能有主、副机构升降速度调节、运行机构运行速度调节以及保护功能，包括主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保护等。
起升机构属位能负载机构，不但要求高的转速及起制动的控制精度，而且对转矩控制要求严格。主起升和副起升两台电机各使用一个变频器，变频器的选择以额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率，变频器运行的效率为依据。控制方式选用带PG的矢量控制方式。PLC接受电机的旋转编码器经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。
运行机构两台电机用一个变频器；考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。通常选额定功率大一级的变频器。
参考文献：
[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2]陈贤明，陈柳甲，起重机交—交变频调速控制系统[J].起重运输机械，1998.6.
[3]张玉之.变频调速技术在起重机调速系统中的应用[J].中国设备工程，2009（10）
关键词：起重机；变频器；PLC；控制系统
引言
起重机械发展到今天，已有几百年的历史。从最初的人力或牲畜驱动的起重机雏形，到出现水力驱动的简易起重机，再到今天的以电动机或者内燃机作为动力装置的各种各样的起重机，起重机械的发展始终紧跟人类科技进步的脚印，随着几次工业革命经历了翻天覆地的变化。在工业进入到信息产业时代的今天，起重机械越来越朝着大型化、轻量化、智能化的方向发展。大型起重机主要指额定起重量大于320t的桥门式起重机，其智能化的实现主要依靠控制系统的革新，这就对大型起重机的控制系统有了更高的要求。
1.大型起重机的控制系统
大型起重机的控制系统包括电力拖动和电气控制等部分。电力拖动部分的作用是为起重机各机构的运行提供动力和速度控制；电气控制部分的作用是对起重机进行操纵和控制，是控制系统的核心。目前大型起重机常用的控制系统主要由供电系统、电动机、各种控制电器（包括主令控制器、各种开关和断路器、接触器、继电器、电阻器等）组成。由于大型起重机的工作环境恶劣，常在露天、高温、粉尘、蒸汽等条件下工作；作业条件复杂，大型起重机的工作是断续进行的，电动机处于频繁的起动、制动状态；负载较重，经常达到额定起重量；且对起重机的精度要求较高，因此，大型起重机的控制系统必须适应上述工作特点。然而，这种控制系统采用串电阻的方式进行调速控制，既不能达到精确控制的要求，又会增加能量的损耗，因此，传统的控制系统已不适合在大型起重机中应用。
2.变频器和PLC控制技术
近年来，变频器作为一种新的调速控制元件越来越多的出现在了工业控制领域，在机床、电梯等设备中已有了较为广泛的应用。然而由于其较高的价格，应用在起重机的控制系统中还不多见。随着起重机大型化、智能化的发展，以及变频器技术的成熟，变频器结合PLC控制技术在大型起重机上已具备了应用的条件。
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流器（交流变直流）、滤波、逆变器（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的快速通断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
可编程序逻辑控制器简称PLC，具有可靠性高，抗干扰能力强；功能强，扩展性好；系统开发周期短，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点，在性能上比继电接触器控制优异。从整个系统的性能价格比而言，PLC控制相比传统的继电接触器具有很大的优势。
3.变频器和PLC控制技术在大型起重机中的应用
通用变频器一般采用电压-频率（V/F）协调控制。但应用于大型起重机的控制系统中，电机的电压降会随着电机速度的降低而相对增加，这就导致励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，起重机用变频器需要通过提高电压来补偿电机速度降低而引起的电压降。另外，起重机专用变频器还应具有较强的过载能力、定精确的抱闸控制以及可以在恶劣环境中工作的特点。
使用变频器和PLC控制技术的大型起重机除具有启动制动平稳，调速控制精确等特点外，还具有高效节能的优点，这在能源日益枯竭、环境逐渐恶化的今天，有着相当重要的意义。起重机中使用变频器的节能效果主要体现在三个方面：
（1）调速方式：相比于常见的转子串电阻调速方式，变频器能通过直接改变电源的频率来改变转速，而不需要将 电能浪费在外接的电阻上，电能利用率高。
（2）降低结构自重：用变频器驱动的电机起动加速平稳，可以降低起重机各个机构工作时的冲击，有利于起重机结构 的优化设计，降低结构自重。
（3）能量回馈：电动机在运行减速制动或重物下降中有可能处于发电状态，此时变频器可以通过自身或者是外接能量回馈装置将电能反馈回电网。
4.采用变频器和PLC技术对大型起重机进行控制的方法
根据大型起重机工作要求，要实现对起重机的控制，PLC必须接受操作信号并进行综合处理和控制变频器输出，驱动电机动作。它与变频器之间的联络主要有：速度信号，制动信号，正反转信号，运行应答，达速控制，故障处理等。大型起重机变频调速控制系统要实现的功能有主、副机构升降速度调节、运行机构运行速度调节以及保护功能，包括主副机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、主副机构及大小车电机的保护等。
起升机构属位能负载机构，不但要求高的转速及起制动的控制精度，而且对转矩控制要求严格。主起升和副起升两台电机各使用一个变频器，变频器的选择以额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率，变频器运行的效率为依据。控制方式选用带PG的矢量控制方式。PLC接受电机的旋转编码器经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。
运行机构两台电机用一个变频器；考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。通常选额定功率大一级的变频器。
参考文献：
[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2]陈贤明，陈柳甲，起重机交—交变频调速控制系统[J].起重运输机械，1998.6.
[3]张玉之.变频调速技术在起重机调速系统中的应用[J].中国设备工程，2009（10）