根據(jù)白云鐵礦破碎車間檢修1500/300破碎機節(jié)約工期的要求，我們研制了QBP交流起重設備變頻調(diào)速-PLC控制系統(tǒng)，用于該車間250 t橋式吊車的改造。該控制系統(tǒng)采用無級變頻調(diào)速替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻有級調(diào)速，克服了傳統(tǒng)控制方式的缺點；PLC控制方式替代繼電器一接觸器控制方式，控制指令及連鎖關系均由PLC的軟件完成，控制靈活，易于更改，方便易行；用電氣制動替代機械抱閘制動可以減少沖擊。
1、問題的提出
目前國內(nèi)工礦企業(yè)使用的交流吊車（通用橋式吊車或門型吊車及專用吊車）主要由主卷、付卷、大車行走、小車橫行等4部分組成，傳動電機均采用交流繞線式感應電動機，調(diào)速采用改變電機轉(zhuǎn)子電阻來完成，控制方式仍采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制。下面列舉了該控制調(diào)速方式存在的缺點。
(1)繼電器和接觸器接點多，動作頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)接點接觸不良或接點粘連，造成電器設備損壞和電機燒毀；
(2)由于時間繼電器或電流繼電器動作頻繁造成動作值不穩(wěn)定，引起電氣系統(tǒng)故障，導致電器設備和機械設備損壞；
(3)保護功能不齊全，可靠性差；
(4)起、制動不平滑，易引起機械大梁和軌道疲勞損傷；
(5)屬于有級調(diào)速，調(diào)速不平穩(wěn)，機械振動大，重物晃動大；
(6)能源浪費嚴重，由于調(diào)速采用轉(zhuǎn)子串電阻的方式，在低速狀態(tài)以及下放重物過程中，能源有效利用率不足30%；
(7)電源為強電，易產(chǎn)生安全事故；
(8)操作人員的不規(guī)范操作，易使機械軸扭曲，鋼絲繩斷裂；
(9)調(diào)速范圍小，在某些場所不能滿足生產(chǎn)或設備檢修對吊車的要求。
2控制原理
首先通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把正在運動的吊鉤的轉(zhuǎn)速迅速而準確地降為零（時間可調(diào)），然后進行機械抱閘。
吊鉤控制原理如圖1所示，控制方式均采用可編程序控制器(PLC)無觸點控制。本系統(tǒng)吊鉤采用的調(diào)速方法是矢量控制變頻調(diào)速。系統(tǒng)采用的制動方法是將再生制動、直流制動和電磁機械制動3種方法相結(jié)合。
3、吊車變頻調(diào)速控制的改造
應用研制出來的PLC控制設備對白云鐵礦破碎車間吊車進行了變頻調(diào)速改造。通過改造，提高’了該系統(tǒng)性能，滿足了白云鐵礦1500/300破碎機檢修對吊車的要求。
3.1可靠性
工作可靠性顯著提高，主要有以下幾個方面：
(1)消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)：由于用籠型轉(zhuǎn)子異步電動機取代了原先的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，從而消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)；
(2)制動電磁鐵的壽命可大大延長：原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘。采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善；
(3)操作手柄不再易損：原系統(tǒng)的操作手柄因受力較大，屬于易損件。采用變頻調(diào)速后，操作手柄的受力將很小，不易損壞；
(4)控制系統(tǒng)的故障率大為下降：原系統(tǒng)是由十分復雜的接觸器電器系統(tǒng)進行控制的，故障率較高。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡化，可靠性大為提高。
3.2節(jié)能效果
繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在低速運行時，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)將消耗大量電能。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，不但外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在吊鉤放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源，節(jié)能效果可觀。
3.3調(diào)速質(zhì)量
采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達1:50以上，調(diào)速精度達±1%，且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率，調(diào)速質(zhì)量明顯提高。
4實踐應用分析
白云鐵礦破碎車間250 t吊車提升機構采用變頻調(diào)速，并應用可編程序控制器( PLC)進行信號協(xié)調(diào)和邏輯控制。
4.1 對調(diào)速系統(tǒng)的主要技術要求
(1)提升調(diào)速比為1:30；
(2)系統(tǒng)在整個調(diào)速范圍內(nèi)，從空載到滿載，必須做到工作正常、運行平穩(wěn)。各機構正、反向工作的轉(zhuǎn)換時間應小于5s；
(3)起升機構在不同負載下，各檔轉(zhuǎn)速在切換時無沖擊現(xiàn)象；額定載荷時各檔位切換時不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象；
(4)為了提高生產(chǎn)率，空鉤速度比原速度提高
2.5倍，載重時與原速度相同。
4.2系統(tǒng)配置
(1)電機的選型：提升機構為了提高空鉤速度（原速度2.5倍），提高生產(chǎn)率，由原來的10極30 kW繞線式電機改為4級90 kW變頻籠式電機；電磁負載考慮了一定的裕度，既能保證電機在高頻時的過載能力，又能在低頻時有恒轉(zhuǎn)矩的輸出。
(2)變頻器的選型：提升機構考慮能量回饋普通變頻器的承載能力，選用132 kW變頻器。
(3) PLC選型：采用西門子S7系列PLC。
4.3運行結(jié)果
可靠性大大提高，運行以來無任何故障；調(diào)速質(zhì)量明顯提高，運行平穩(wěn)，機械振動減小；生產(chǎn)率明顯提高，空鉤提升效率是原系統(tǒng)2.5倍，節(jié)能效果非常顯著，改造前后的提升系統(tǒng)上升時的電流分別是56 A和23—40 A；提升系統(tǒng)下降時的電流分別為50A和1.6 A；節(jié)電率在上升是為28.6%。58.9%，下降時為96.8%。
5、結(jié)束語
采用新的QBP交流起重設備變頻調(diào)速-PLC控制系統(tǒng)，對白云鐵礦破碎車間吊車進行變頻調(diào)速改造，使得設備的可靠性、自動化程度以及運行效率都得到了顯著提高，從而減少了維修費用和運行成本，提高了生產(chǎn)率。
