PLC和变频器应用于桥式起重机

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随着新技术和控制设备的发展 ，现在人们普遍采用变频器作为变频调速电源，用笼形异步电动机取代原来的绕线异步电动机 ，用PLC作为控制装置进行无触点控制。从而改善了调速性能，增加了系统的可靠性。本文通过-个实例分析变频器和PLC在系统中的具体应用。

1桥式起机拖动系统1.1桥式起重机的运行机构1)大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动 (以司机的坐向为参考)2)小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动。

3)吊钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动。大型起重机(超过10t)有两个起升机构：主起升机构 (主钩 )和副起升机构 (副钩)。通常主钩与副钩不能同时起吊重物。

1.2负荷特点桥式起重机的拖动系统负载都属于恒转矩性质，且其起升机构为位能性负载，当起升机构起吊重物下降或者快速减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。需要将电能通过反馈装置反送给电网或消耗在制动电阻上，以防直流处的泵升电压影响制动效果。

1.3控制要求1)起升机 构要求起动转矩大，起动运行平稳。能够实现正反转运行且要有超载、限位、限流等多种保护。

由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要时间 (约0.65)，而电动机转矩的产生或消失，是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因此，制动器和电动机在动作的配合上极易出现问题。

如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。因此要有相应的防止措施。

起升机构中要有机械制动器。起重用变频器具有零速全转矩功能(又称零伺服功能，即零速时电动机仍能输出150%的额定转矩，使重物停在空中)，但是若重物停在空中时出现电源瞬间停电等情况，就会有重物下滑的危险。因此 ，电动机轴上必须加装制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。

2 PLC、变频器的系统应用2.1系统配置1)变频器。桥式起重机的平移机构对拖动系统的性能要求不高，为了节省成本，选用V7F控制方式的通用变频器即可满足要求。

起升机构要求有较高的起动转矩和调速性能，采用带速度反馈的矢量控制型变频器。这类变频器种类很多，本文以安JlvS-616G5变频器为例分析。

该变频器具有零速全转矩功能，这就保证了吊钩由运行状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将电动机轴抱住为止，从而防止了溜钩。

3)平移机选用普通电机；主副提升机构都采用变频电机并装有光电编码器，变频器附有PG-理速度反镭制卡与光电编码器相连接；为了保证足够的启动和运行力矩，主提升机构的变频器-般比电动机容量放大-个等级 (若电动机为90KW，则变频器的容量可选l 10KW)；变频器的制动单元应加大-个档次，以便允许有较大的制动电流，缩短制动过程；制动电阻的额定功率应加大-倍。

2.2系统图主起升机构系统图略。PLC端子及控制关系说明：上述系统中PLC为控制中心，它的输人信号来 自主令控制器 (用以控制主钩电动机的正反转和多段速及零位保护)和变频器 (故障输出、制动器控制信号)，以及超载、限位等检测信号。它的输出信号控制变频器和主电路 (制动器、风机、变频器电源电路)的通断。

变频器的各端子说明如下 I：正转 ；2：反转；3：外部故障 (制动电阻过热保护 )；4：故障复位；5：多段速1，6：多段速2；7：多段速3；8：点动；n：多功能输人端子 (5～8)的公共端；25：零速；26：速度-致；27：集电极开路多功能。

2.3 PLC程序本系统PJC程序为-般的顺序控制程序，其中的关键是要理清系统工作过程中实际需要的控制关系，以及把主令控制器的运行及速度指令逻辑转换为三位二进制输出给变频器多段速输人端。

2.4工作过程系统上电后，在无故障反馈情况下，司机室驾驶员通过联动台的主令控制器发出操作指令信号给PLC，PLC根据内部程序的执行结果输出给变频器正反转和多段速输人端，从而控制主钩的升降运行和变速。

2.5溜钩的防止vs- 616 GS矢量控制型变频具有零速全转矩功能，在设计桥式起重机起升机构时只需考虑PLC和变频器的适当配合，即可圆满解决溜钩”问题 。如本例中可以利用集电极开路输出端的 零速”、速度-致”信号分别控制机械制动器的抱闸和松闸，或者用 频率检测信号”作为机械制动器的松合闸控制指令。但都需要参数设置与之相配合，以取得制动器与电动机运行之间的最佳配合。

2.6功能扩展I)如果需要，可在PLC输人端连接邑器对桥式起重机的拖动系统进行控制。

2)可以配置触摸屏或液晶显示器对系统的主钩高度、载荷、运行状态、故障状态等进行监视。1毛-扮卡输出脉冲到PLC高频脉冲输人端，经SPD脉冲速度计算指令计算用于速度控制和显示。PLC与触摸屏通过R32串行接口相连，Pl刃中的接 口程序在PLC中为触摸屏设立数据读取区及相关状态标志，用于触摸屏的监视。

2.7系统保护该系统中，变频器本身具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，对主起升机构来说，变频器驱动-台电动机 ，所以变频器的输出可以直接连接电动机而不必接热继电器作过载保护。线路主回路中接有总接触器和分接触器，它们除了通断线路的作用外，还兼有短路、过载、欠压等多种保护。司机可以通过联动台中的启停按钮控制总接触器进而控制总电源的通断，在无法用接触器通断电路的情况下，可以通过急酮关接通总断路器的分励脱扣线圈来断开电源电路。另外在总电源控制回路中还串有门限位开关和钥匙开关作为安全保护措施。

3结柬语. . 165-科学技术浅谈防止热工保护误动、拒动的技术对策韩 熠(大唐长春第三热电厂设备管理部，吉林 长春 130000)摘 要：随着DCS控制系统的成熟发展，热工自动化程度越来越高，凭借其巨大的优越性，使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。但热工保护误动和拒动的情况还有时发生。如何防止Dcs系统失灵和热工保护误动、拒动成为电厂甚至大型旋转机械设备控制的13益关注的焦点。

关键词：热工保护；误动；拒动；技术热控保护系统是火力发电厂不可缺少的组成部分，它对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。热工保护系统的功能是当机组主辅设备在运行过程中参数超出正成控制的范围时，自动紧急联动相关的设备，及时采取相应的措施加以保护，从而软化机组或设备故障，避免出现重大设备损坏或其他严重的后果。主辅设备正常运行时，保护系统因自身故障而引起动作，造成主辅设备停运，称为保护误动；在主辅设备发生故障时，保护系统尧生故障而不动作，称为保护拒动。随着热工技术水平的进步和设备的质量的提高，控制理论的快速发展与不断完善，使得电厂热工控制系统的控制品质和自动化水平都得到了极大的改善与提高。但从近几年热工保护情况统计来看，由于热工保护误动引起机组跳闸，造成非计划停运的比例还是较大的。如何避免热工保护误动、拒动成为火力发电厂同益关注的问题。

1热工保护误动、拒动原因分类热工保护误动、拒动的原因大致可以概括为 ：DCS软、硬件故障；热控元件故障；中间环节和二次表故障；电缆接线短路、断路、虚接；热控设备电源故障；人为因素；设计、安装、调试存在缺陷。

随着DCS控制系统的发展 ，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加人了-些重要过程控制系统 (如：DEH、CCS、BMS等 )，两个控制器同时故障时停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要是控制器、输出拈、设定值拈、网络通讯等故障引起。

2.2热工-次元件故障热工-次元件作为热工保护的信号采集部分，其安全可靠运行对热工保护的可靠性至关重要，而因其故障 (包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等)误发信号而造成的主辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了-半。究其原因主要是元件老化和质量不可靠，该系统保护设计不合理，采用单点参与机组保护，从而增加了机组保护误动的风险。

2-3线缆接线断路、短路、虚接电缆接线断路、短路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆老化绝缘破坏、热工-次元件接线端子处进水、端子接线处松动或空气潮湿腐蚀等引起。

2.4设备电源故障随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统，- 些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠。

2.5人为因素人为原因很多，大多数是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起。人为因素引起保护拒动大多因热工人员在检修后忘记合仪表电源开关、检修后仪表二次门忘记开启等引起。还有-些是由于控制系统在设计、安装、调试存在质量缺陷，这样因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动的案例也在电厂中经常遇见。

另外也有许多机组是由于逻辑设计不合理、保护系统配置不当、定值不准确、自动调节PID参数不合适等因素造成机组保护误动。

3防止热工保护谡动、拒动应采取的措施由于热控设备覆盖着整个电力生产过程中的所有参数，电力生产过程中的各系统不仅相互联系，而且相互制约。因此，任何-个环节的故障都有可能通过热T保护系统发出跳机停炉信号，从而造成不必要的经济损失。因此要提高热l丁保护的可靠性，减少热工保护误动或拒动现象的发生，首先必须在管理制度上采取有效措施。

(1)热工保护的投退必须严格按照热T监督的管理规定，确保在运机组保护的投入率为100%，在任何情况下不随意解除保护，在机组启动前，严格执行热工联锁、保护的静态试验，确保保护的正常投入和可靠运行。

(2)严格履行保护投退手续，加强保护投退记录和强制信号的登记记录。对保护回路定期组织检查，确保保护回路运行可靠。加强对参与保护设备的定期T作程序，通过定期T作来及时排查、发现治理热控设备存在的各种隐患和缺陷。

(3)加强缺陷的处理。在热控设备的缺陷处理过程中，应严格按照小缺陷不过班、大缺陷不过天、重大缺陷连轴转的要求开展缺陷管理工作，通过强化消缺来不断提高机组安全运行的系数。

(4)针对重要设备的检修制定标准化作业程序，通过制定该程序来规范操作，提高人员的规范意识和安全行为。

(5)加强事故分析和培训，针对每-次热T保护动作组织进行彻底分析，系统地排查出问题的所在，并制定相应的反事故措施或相应的检修应急预案，从而消除导致保护误动的各种因素。

对异常的分析要严格按照 四不放过”的原则，认真分析原因、落实责任，总结经验教训，并举-反i地制定各种防范措施，从根本上来提高热T保护系统的可靠性。

4防止热工保护误动、拒动的技术对策(1)在热控系统中，旧能地采用冗余设计。过程控制站的电源和CPU冗余设计已成为普遍，对-些保护执行设备 (如跳闸电磁阀)的动作电源也应该监控起来。对-些重要热工信号也应进行冗余设置，并且对来自同-取样的测点信号进行有效的监控和判断，同-参数的多个重要测点的测量通道应布置在不同的卡件以分散由于某-卡件异常而发生危险，从而提高其可靠性。重要测点就地取样孔也应该尽量采用多点并相互独立的方法取样，以提高其可靠性，并方便故障处理。-个取样，多点并列的方法有待考虑改进。总之，冗余设计对故障查找、软化和排除十分陕捷和方便。

(2)尽量采用技术成熟、可靠的热控元件。随着热控自动化程度的提高，对热控元件的可靠性要求也越来越高，所以，采用技术成熟、可靠的热控元件对提高DCS系统整体可靠性有着十分重要的作用。根据热控自动化的要求，热控设备的投资也在不断地增加，切不有了功能完善、性能稳定可靠的PLC和变频器的有力支持，桥式起重机在可靠性、调速性能、节能和运行效率等方面与传统的桥式起重机相比有了很大提高，PLC和变频器构成的桥式起重机系统成为目前桥式起重机的典型设计模式，应用非常广泛。