隨著工業自動化技術的發展，交流調速技術愈發成熟，幾乎在所有的傳動工作環境下，都體現出了比較大的優勢。在起重機領域，這種變頻的傳動方式相比傳統的串電阻調速的傳動方式，體現出來很多的優點，主要有著啟停沖擊小、控制精度高、運行穩定、可擴展性、環境適應性強等優勢。很多場合對這些技術已經落后的生產設備改造已十分必要。

關鍵詞：橋（門）式起重機；變頻器；改造：PLC

前言：橋（ 門） 式起重機的機械結構主要由主（副）起升機構、大車行走機構、小車行走機構，起升機構由起升電動機、變速箱、卷筒和滑輪組成。電動機通過變速箱，變速箱的輸出端輸出給卷筒轉動，使卷筒卷入或者放出鋼絲繩，從而帶動滑輪組使重物升降。地橫梁、大梁、支腿、小車架組成了整個起重機的構造結構，它決定了起升的高度和起重機的工作范圍，通常為焊接的鋼結構件。

傳統的橋（門）式起重機的電氣傳動控制方式，一般會采用“主令控制器— 繼電器—接觸器” 式控制方式，利用接觸器的通斷進行啟停，也可以通過接觸器的通斷來改變接入異步電動機繞線轉子繞組的電阻的數量的方式進行調速，這種控制方式的主要缺點有：第一、在較差環境下和繁重的工作任務下，電動機轉子滑環和碳刷及所串電阻會經常發生起火和燒損斷裂的故障。第二、繼電器和接觸器等元器件可靠性較差，電路復雜，開關元件沖擊電流大，觸頭容易燒蝕，故障率高，維修排故困難。第三、改變轉子繞組中串電阻的數量的串級調速，其機械效率較低，所串電阻器長時間工作，發熱耗能，浪費大，效率低；其機械特性隨著串入的電阻的增加而變軟，負載變化時無法及時改變電流，轉速也會產生變化，調速較困難。

以上是這些缺點是這些傳統的以繼電器、接觸器為主要原件的控制傳動系統不可克服的缺陷，要從根本上克服這些問題，只能采用新型的、可靠的控制方式。

1  橋（門）式起重機拖動控制系統的特點和要求：

（1）橋（門）式起重機的運行：第一、大車傳動系統拖動驅動車輪，帶動整臺起重機在大車軌道上左右移動（參考方向按照常規司機室的方向）；第二、小車拖動系統拖動起升系統及吊重物沿著著起重機大梁的軌道作前后方向的水平移動；第三、起升機構安裝在小車架上，電機帶動卷筒轉動，從而使吊鉤升降，吊動重物作起吊或放下的上下垂直運動。

（2）負荷特點：橋（門）式起重機的各個運行系統負載均屬于恒轉矩性質，但其起升機構為位能性負載，當起升機構起吊重物下降時，電動機處于再生發電制動狀態。需要將電能通過反饋裝置反送給電網或消耗在制動電阻上，以防止直流側母線電壓的上升影響制動效果。因此對于拖動系統要求極高。[1]

（3）控制要求：大小車的恒轉矩控制為一般的水平控制，常規的控制一般都會達到要求。起升機構的控制是行車控制當中Zui重要的控制。第一、起升機構要求起動扭矩大，啟動平穩。能夠正、反轉運行，要有超載報警、停機、上下限位、相序保護、過流等多種保護；第二、起升機構在上升啟動和頻繁點動上升過程中易出現“溜鉤”問題。主要原因是制動器的制動片和制動盤從壓緊到松開，以及從松開到壓緊的會產生零點幾秒的過程時間，而電動機轉矩的產生或消失，是在電動機通電或斷電瞬間立即產生的，而制動器從接電到完全作用需要一定的時間。因此，制動器的開閉和電動機啟停的配合上極易出現不同步的問題。一定要有相應的控制措施，防止當電動機突然失去動力后失速，使起升機構失控，造成事故。傳統的控制機構只有靠機械制動器和延時控制器來避免失速的發生。[2]

傳統控制系統的缺陷和PLC-變頻器控制系統的優點傳統的串級調速系統：傳統的橋（門）式起重機為了提高起動扭矩，采用可串電阻進行調速的轉子繞線式異步電動機拖動，通過聯動臺的凸輪控制器的操作來改變其轉子繞組所串電阻調速。對于大功率電動機，采用凸輪控制器—中間繼電器—接觸器改變轉子繞組所串電阻來進行調速。這樣就無法避免前文所述的缺點。而且這種傳動控制方式機構元件較多，邏輯設置相當復雜，對操作維護人員水平要求極高。圖1、圖2為主起升的電氣系統圖和控制圖。

圖1 主起升電路圖

圖2 主起升控制圖

PLC-變頻器控制系統的優點：當前人們普遍采用變頻器拖動電動機，用改變頻率的方法進行變頻調速，用鼠籠異步電動機取代原來的繞線異步電動機，用PLC代替原來電控箱內的邏輯元件，并可以進行無觸點控制，PLC和變頻器之間采用通訊進行信號傳輸，從而大大的改善了調速性能，增加了起升和行走等系統機構的可靠性，具體的控制方式改變如下：

電氣架構不變，還是由控制系統、大車傳動系統、小車傳動系統、起升傳動系統組成。大車根據功率需要為多臺電動機組成的系統同時拖動， 實現同步運行。小車根據使用需要設置單個小車和主、副兩個小車的設計。所以整個系統有3或4組電動機拖動，3或4組變頻器拖動（主副起升變頻器均為單臺變頻器，其余系統按照容量需求配置變頻器的臺數）。這樣可以實現起重機基本的必要操作功能。常規橋（門）式起重機主要功能有：主鉤機構升降、副鉤機構升降、大車水平運行、小車水平運行等；保護功能一般有：主、副鉤起升機構上限位（減速、極限停止兩級限位）、下限位、大車行走極限限位、小車極限限位等，超載保護等

主鉤 大車2 主小車 副鉤 副小車

圖3 PLC-變頻器控制示意圖

主、副起升系統是整個起重機中Zui復雜，要求可靠性zuihao的系統，由于屬于位能性負載，為了能在負載變化率較大時能夠快速的響應，實現對速度和轉矩的快速調節，獲得理想的動態性能[3]。通常采用速度反饋的閉環的控制方式，這種方式具有較好的調速效果，受轉矩的影響小，有助于實現同步運行。所采用變頻器的選擇尤為重要。要求這些變頻器一般都具有零速全轉矩功能，并且有較全的接口和工業適用性。市場上zhiming變頻器研發生產廠家都提供了為起重機專門研發的變頻器產品，例如：西門子的6SE系列，ABB的ACS-1000系列，安川的H1000系列等。這些產品在技術方面徹底解決了電動機失電后到制動器制動力完全施加時，起升機構失速，重物墜落的危險。并且在市場中占有率較大，技術成熟，應用和維護人員較多，后續維護方便，能大大的解決起重機后續的使用的維護的問題。起升系統的電路圖如下圖：

圖4 主起升電路圖

大、小車系統：通常認為大、小車機構的負載是普通反抗性負載，負載變化一般是線性的負載，屬于阻力性負載，轉矩一般無較大的突變，一般采用開環控制即可，有些要求精度高的場合也可以使用速度閉環控制，因此配用普通型或高功能型變頻器既可以滿足要求。一般選用市場上較成熟的產品即可。

控制系統：目前市場主流選擇PLC—變頻器的控制方式，并且外接觸摸屏做為人機交互界面，觸摸屏通常顯示整機的常用參數，報警信息等。觸摸屏有助于簡化操作與監控措施，工作人員能夠通過面板顯示的各機構運行狀況，并結合實際要求來調整各方面的參數或通過觸摸屏按鈕啟動各功能開關等操作。采用PLC-變頻器控制有以下優點：1、通過PLC給定變頻器指令的控制，可以實現更加jingque的控制，例如對電機轉速、轉矩、位置等參數的控制，可以滿足更復雜的工況應用需求。2、可以根據實際工況的變化，自動調節輸出功率和頻率，以實現Zui優的能源利用效率，降低能源消耗和成本。3、PLC控制可以實現對變頻器采集的實時數據進行監測分析，以保證能對電機運行情況進行準確的判斷，對電動機進行快速響應和準確控制，避免因控制延遲等原因對電動機運行造成影響。4、PLC—變頻器控制可以實現對整個起重機系統內的變頻器、電動機等元器件進行安全監控和報警、保護功能。例如過流保護、欠壓保護、高溫保護等，保障設備正常運行和人員的安全。

因此選擇PLC—變頻器控制的方式，具有更加jingque、高效、安全、可靠等優點，適用于一些對控制可靠性、安全性要求較高、工況變化較大的應用場合，例如垂直運輸、冶金，造紙，印刷等場合。主流的PLC產品市場很多，應用較多的西門子S-7系列，歐姆龍的CP系列、三菱的FX系列等

使用效果：經過實際應用，整個起重機的各項參數都有了明顯的改善，主、副鉤起升機構平穩，調速過程平滑。在起重機的安全性、可靠性、工作效率明顯提高的前提下，能耗卻大大的降低，減小了使用維護人員的勞動強度，大大的降低維護和修理的費用，同時滿足其作業工況和生產工藝的需要。主要表現在：

（ 1 ） 人機交互界面選擇可發聲、可觸摸顯示屏元件，能夠實時顯示整機運行情況，可根據故障信息的情況實時提示各種聲光報警信息，極大方便了操作和維護人員的工作。

（2）采用來自聯動臺信號控制的PLC—變頻器的控制方式，可以精準的對電機的啟、停和調速的操作；并實施的將各個機構的參數進行采集、轉換并回傳給PLC進行計算分析。

（3）采用變頻器拖動電動機的調速的起重機，速度可調范圍較寬、速度調節線性好。系統設有主、副起升、大、小車行走等機構多個擋位運行，操作者可根據現場工況要求，對檔位的數值進行修改，如檔位數和個檔位的速度等。

（4）電路整體結構簡單、穩定性高、便于維護。主、副起升機構、大車、小車等四套變頻調速控制系統采用集中的整體控制柜；控制柜內包括變頻器、進出線濾波裝置以及周邊低壓元件。集中在一起便于環境溫度、濕度、灰塵等不利情況的控制。

（5）節能效果顯著。繞線轉子異步電動機在低速運行時，串聯在轉子回路的電阻器會消耗大量的電能，轉化成熱量散發掉。采用變頻調速系統后，由于不同的結構，沒有了轉子繞組的能量消耗。并且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給變頻器的直流母線端，由電容器暫時存儲，待電機運行時再次提供給電動機運行消耗。