PLC控制器和變頻器技術在門機上的應用摘要: 隨著現(xiàn)代企業(yè)的不斷進步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用新技術提高企業(yè)生產裝置的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。本文主要介紹了PLC控制器與變頻器調速原理，并說明PLC控制器與變頻器技術在MQ12T門機上的應用情況，分析了使用PLC控制器控制變頻器調速后的效果，即在調速范圍內方便連續(xù)控制。使得各機構運行平穩(wěn)，機械沖擊力小，延長了門機使用壽命，減少了故障發(fā)生率。關鍵詞：PLC 控制器 變頻器 門機 應用 1.引言PLC技術是一種基于PC的新型控制技術，它具有開放的體系結構、強大的網絡通訊能力和更強的數(shù)據(jù)處理能力，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化的要求，是目前工業(yè)自動化領域研究的熱點之一。變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個領域中，如變頻調速在門機、行車設備、過程控制、電梯等方面的應用，保證了調節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益。國投連云港碼頭有限公司33號泊位原有的1臺門機是建廠初期建設的，主要擔國投公司的固體物料進出裝卸任務。隨著國投公司的發(fā)展，門機的使用頻率越來越高，一直滿負荷、超負荷的作業(yè)。隨著使用時間的延長，門機的故障率開始上升，經常過流使主接觸器觸頭燒壞、粘連在一起造成缺相或短路故障。同時原門機電氣控制使用了大量的繼電器、接觸器，電氣結構復雜，維護困難，不易調整，故障率高。采用電機轉子串聯(lián)切割電阻，進行有級調速，使得門機工作時極不平穩(wěn)，并且能耗大（因為能量消耗在串聯(lián)的電阻片上了）、效率低。因此公司購買了2臺新門機MQ12T上采用了先進平穩(wěn)的無極變頻調速技術。2PLC控制器與變頻器調速原理 21 PLC控制器 PLC是可編程控制器的簡稱，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是1臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入、輸出接口，并且具有較強的驅動能力。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為3個階段，即輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱為1個掃描周期，在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行3個階段，見圖1。在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描方式依次讀入各類按鈕、開關類電器主令控制器的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I0(輸入輸出)映象區(qū)中的相應單元內。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器總是按順序由上而下的依次掃描，預編好的各種軟繼電器及其觸點組成邏輯程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路圖進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 儲存區(qū)中對應的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I0 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。當掃描用戶程序結束后，PLC控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I0映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的被控負載，如各種電磁閥線圈、接觸器、信號指示燈或變頻器等執(zhí)行電器，這時才是PLC控制器的真正輸出。 22 變頻器調速原理 變頻器簡單地說就是將電源的三相(或單相)交流電，經整流橋整流為直流電(交一直變換)，再把直流電經逆變器變?yōu)殡妷汉皖l率可調的三相(或單相)交流電源(直一交變換)。其間電能不發(fā)生任何變化，而只有頻率發(fā)生改變。轉子的轉速計算公式如下： n= 60f(1-s)p (1) 式中：n - 轉子的轉速； f -定子頻率； s - 異步電動機轉差率； p - 磁極對數(shù)。 由式(1)可知，異步電動機調速的途經有改變磁極對數(shù)、改變轉差率和調整輸入頻率。改變電機的磁極對數(shù)實際上就是改變定子旋轉磁場的轉速，加上電機的磁極對數(shù)是相對固定的，所以只有通過改變定子繞組的接法來實現(xiàn)。但是這種方法的缺點是顯而易見的，主要是：最多只有4擋調速，不能得到最佳的運行效果，負載能力下降，工作效率下降，調速時必須改變繞組的接法，故控制電路比較復雜。改變轉差率是通過在轉子電路中串聯(lián)電阻來實現(xiàn)的，這種方法只能用于繞線式電機，其缺點是因為要串聯(lián)的電阻在電機外部，在電機的結構上就必須加入電刷和滑環(huán)，增加了故障率，同時調速電阻上將白白地消耗掉許多電能，調速后的機械特性比較“軟”，不理想。 而改變電動機定子側供電電源的輸入頻率，即可改變電機的同步轉速和電機轉子額定轉速。但頻率下降會導致磁通的增加，造成磁路飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調控制，該協(xié)調控制的裝置就稱為變頻器。在起重機上調速，電機產生的最大轉矩不能變，這就需要維持磁通不變。現(xiàn)在使用的精確交流控制系統(tǒng)多為矢量控制，其基本點是控制轉子磁鏈，以轉子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉距和磁場2個分量，經過坐標變換實現(xiàn)正交和解耦控制。直接轉矩與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉矩，而是采用瞬態(tài)轉矩的控制方式，把轉矩直接作為被控制量來控制，其性能類似于他勵直流電機特性。 3 系統(tǒng)工作構成31 系統(tǒng)組成 MQ12T門機的變頻控制器采用日本安川公司VARISPEED G7系列變頻器，該變頻器采用了適合于起重作業(yè)的DTC直接轉矩控制理論。起升機構為雙鉤2臺90 kW 變頻電機，2臺CIMR-G7A4132變頻器；變幅機構為1臺30 kW 變頻電機，1臺CIMR-G7A4045變頻器；旋轉機構為2臺22kw 變頻電機，2臺CIMR-G7A4037變頻器；行走機構為4臺11 kW 變頻電機，起升和大車行走共用1臺CIMR-G7A4132變頻器。PLC控制器采用歐姆龍公司可編程控制器，有1個CPU模塊，1個通訊模塊，2個電源模塊，7個輸入模塊，3個輸出模塊，它與日本安川公司VARISPEED G7系列變頻器之間的數(shù)據(jù)交換。32 系統(tǒng)工作原理 門機的運行過程首先是全車通電，PLC控制器和變頻器得電后，進行初始化自檢和診斷。在PI C控制器輸入模塊和輸出模塊上有相應的燈亮，代表一切正常，具備開機條件。通過PLC控制器指示燈的反應，能夠使維修人員很快的找到設備故障點。開機時PLC控制器先將接收到的駕駛室操縱桿信號，轉換為調速系統(tǒng)可直接處理的數(shù)字信號，然后通過Profibus現(xiàn)場總線網絡傳送到相應的變頻器上，在完成PLC控制器對變頻器控制的同時，還將變頻器的運行狀態(tài)，通過通訊網絡Profibus現(xiàn)場總線，反饋到PLC控制器上，實現(xiàn)對整機狀態(tài)的實時控制。變頻器將所得到的信號再處理后輸送到下端變頻電機，使電機平穩(wěn)的起降、旋轉作業(yè)，最終將貨物裝卸完畢。 33 電機選用 在電動機的調速系統(tǒng)中，應注意電機在低速運行時的發(fā)熱和散熱的規(guī)律及狀況。普通電機主要是利用轉子上的葉片來散熱，當轉速下降時，散熱效果將變差，從而會影響電動機實際的帶負載能力。因此，電機選用變頻電機，該電機的散熱是靠一個獨立的風扇電機來完成的，這就比原使用的電機在性能上又有了很大的提高。 4. 使用效果 由于使用專用的DTC直接轉矩控制方式變頻器，和變頻器專用電機組成的調速系統(tǒng)，在性能上已經達到和超過直流伺服系統(tǒng)，升降、變幅、旋轉速度可精細調整，各項位置精度得到提高。采用鼠籠式變頻電機，大大減少了電機的維護工作量，同時電氣控制系統(tǒng)得到簡化，省去了頻繁工作的交流接觸器和電機正反轉接觸器，解決了頻繁更換元器件的問題。改造前裝卸每噸物品用電量為028 kW h，改造后裝卸每噸物品用電量為022 kW h，電能的消耗明顯下降，降低了生產成本。 5. 結論 新門機使用PLC控制器控制變頻器調速后，在調速