摘要：
本文主要是介紹了我公司一台40噸固定式起重機電氣控制系統的改造情況。述說了整個系統的控制思路和電氣元件的選取及要求。
關鍵詞：
PLC 變頻器 繼電器
概述：
本文以電氣控制系統改造為題，進行一些探討與分析，進行改造的起重機的機構主要分為：起升，變幅，旋轉三大部分，但是不能行走，這樣在生產中帶來不便,
它的主要電氣控制元件使用繼電器和交流接觸器。因為各機構電動機功率相當大，原系統採用了轉子串電阻進行降壓起動，調速也是通過切除轉子所串電阻進行調速。轉子串電阻方式調速範圍窄，很難達到集裝箱低速著地的要求。由於該機使用頻率高、線路複雜、接頭觸點多、耗電量大、起動電流大等原因造成需經常更換交流接觸器，導致故障率高，使該機存在運行質量低等弊端。這次改造中，主要是對起升、變幅、旋轉三大機構的電控系統進行改進，並增加大車行走控制系統。在這次改造中整機的電氣控制系統由我負責安裝與調試。
我公司是外運系統中的一個倉碼公司，以集裝箱裝卸業務為主，大型起重機裝卸機械是我司主要的生產工具。隨著我司業務的發展，一些舊設備日漸跟不上生產需要，必須對其進行改造，使其發揮最高效能。現我司有四台龍門吊及三台40噸固定式起重機，為了提高生產能力，促進我司的發展。在2003年10月我司對自編為3號的GQ4024集裝箱固定式起重機進行改造，將其改造成MQ4035軌道式門座起重機，改造后提高了控制系統的自動化程度，簡化操作，大大地提高了工作效率及方便了裝卸船作業。下面分三部分對改造后電氣系統進行敘述。
一、控制系統硬體配置
該機改造后的控制硬體配置主要由操縱手柄、PLC、變頻器、電動機及其它電
氣單元組成。如下（圖1）所示：
我們採用日本歐姆龍PLC與日本安川變頻器，取代了原有的電氣元件。我利用PLC代替了繼電器邏輯控制，使可靠性大為提高，用變頻器調速解決了電機轉子串聯電阻調速存在的起動電流大、電氣元件故障率高、調速範圍窄的問題。
二、PLC控制系統
(1)PLC選擇
PLC是通過監視輸入信號和提供輸出信號進行工作的，根據原系統現場輸入，輸出信號的作用及數量，結合改造要求選擇PLC型號規格。通過對本機工況的了解，實際需要輸入點84個，輸出點需要40個。可選用歐姆龍C200HE系列PLC，輸入模塊選用IA222，16個點，輸出模塊選用OC225，16個點，但是考慮輸入或輸出點壽命的問題及日後系統擴展的需要，故實際中使用6個輸入模塊共96點，4個輸出模塊共64點。這樣可以大大滿足日後要求。
（2）PLC輸入 輸出`模塊化（I/o圖）設計
為了直觀，看圖方便，使用每一個模塊分組設計，如咐圖紙MQ4035—C2至MQ4035—C12所示。第一二組模塊作為起升、行走、變幅、迴轉操縱手柄信號輸入點，第三、四、五、六組作為各機構運行電路條件，保護限位，及機構保護回檢測電路的信號輸入點。第七、八組模塊作為起升、行走、變幅、迴轉檔位信號輸出點。第九、十組模塊作為中繼及指示燈信號輸出點。這樣需要更換模塊也比較方便。
（3）PLC軟體的使用
PLC程序採用歐姆龍CX-Programm versin3.0軟體程序來編寫的，此軟體可以分不同項目名稱來進行編寫的，項目分為：電源、起升、變幅、旋轉、行走五部分編寫，這樣看起來比較直觀，而且我們維修中也相當方便。具體梯形圖請看咐梯形圖紙的各部分程序。
三、變頻器調速系統
在裝卸作業中，機械是由電動機拖動運轉的，電動機的運行總是和其各個機構聯在一起的，電動機和工作機構兩者之間的機械活動構成了一個機電運行整體，在選用變頻器調速時考慮電動機特性與實際各機構中的應用。因本起重機有四個運行機構，不同的機構需選擇各種不同功率的變頻器。我們選擇了日本安川公司VARIPEED—616G5系列高性能變頻器。下面將具體從起升機構敘述變頻器的控制原理，其它機構變幅、旋轉、行走與起升基本相同。
（1）起升機構
在起重機中，其核心是起升機構，它是個位能變動性負載，因此，要求系統具有良好的動態性能，這樣才能使貨物平穩，安全可靠。如果利用原有繞線式電動機使用變頻調速控制是很難滿足條件的，故此電動機必需更換成更具有優越性，高性能的變頻專用電動機，選用了132kw電動機，故選用型號為CIMR-G5A4185變頻器。帶PG—B2速度反饋卡進行閉環矢量控制，系統具有足夠的硬度和良好的低頻轉矩特性。即使在０ＨＺ電動機也能以１５０％額定轉矩輸出，且速度控制精度達到１：１０００。因採用了變頻器控制，制動器的松閘和抱閘都由變頻器給出的信號來控制，採用閉環控制后，變頻器中加了ＰＧ—Ｂ２速度反饋卡可以很好的檢測到脈衝編碼器發生的信號，從而檢測電動機的實際轉速，實現零速抱閘。這樣就可以大大的延長制動器閘瓦、減速箱、鋼絲繩的壽命。
起升機構控制線路見咐圖紙：MQ4035-H1~MQ4035-H3；
在起升機構變頻器的控制迴路端子的連接電路圖如下（圖２）：
其中用到數子字輸入端1號2號，多功能輸入端子4、6、7、11號，多功能輸出端子9、10、18、19號，其中1號和2號端子為變頻器定義好的正轉，反轉端子，其中1號或2號端子與11號公共端子接通時，電動機作正轉或反轉運行，不接通時電動機停止。4號端子在變頻器出廠時默認為故障複位，實際設計也是故障複位，所以變頻器參數中H1—０２不用更改，６號端子７號端子分別定義為多速１、多速２。變頻器中參數相應改為H1—０4=3
,
H1—０5=4其中６號７號端子都與11號公共端子不接通時變頻器輸出速度1；6號端子與11號公共端子接通，7號不接通時，變頻器輸出速度2；6號不接通，7號接通時，變頻器輸出速度3；6號、7號端子都同時接通時，變頻器輸出速度4。其中在變頻中d1-01、d1-02、d1-03、d1-04中分別設定4種速度的頻率。9號10號端子為運行頻率檢出信號，則H2-01設為的37，有頻率輸出時9號10號端子接通。當變頻器有故障時18號20號端子由常開變為常閉信號，信號反饋到PLC使起升機構停止工作。
（2）變幅機構
變幅機構控制線路見咐圖紙：MQ4035-L1~MQ4035-L3；
變幅機構也是一個位能變動性負載，使用一台22KW變頻專用電動機驅動。選用CIMR-G5A4037變頻器，利用交流變頻調速，開環V/F控制模式。
（3）旋轉/行走機構
旋轉機構控制線路見咐圖紙：MQ4035-S1~MQ4035-S3；
行走機構控制線路見咐圖紙：MQ4035-G1~MQ4035-G3；
（a）旋轉機構：原旋轉機構是2台22KW繞線式電動機，考慮改造中既要節約成本開支，又能滿足技術和生產要求的情況下，將原來電動機不更換，分別把兩台電動機的轉子繞組抽頭端子短接，去除原來的電阻不要，可實現變頻調速的要求。
（b）行走機構：行走機構是非工作性機構亦是這次改造加裝的機構，左腿與右腿共使用了8台變頻專用電動機驅動。
在本起重機工作中，防止事故的發生，旋轉與行走機構是不能同時運行的。且經計算，旋轉總功率為：2台Ｘ２２ＫＷ＝４４ＫＷ；行走總功率為：８台Ｘ５．５ＫＷ＝４４ＫＷ；鑒於以上因素，故採用共用一台變頻器調速，使用CIMR-G5A4075變頻器，利用交流變頻調速，開環V/F控制模式。
四、結后語
本起重機改造后已運行有三個多月了，一切性能穩定良好，維護工作量也減小。與改造前比較有以下優點：
1、制動器閘瓦損耗少，制動輪無磨擦發熱現象。
2、在機械機構方面，減速器和傳動部份噪音減少了。
3、在節能方面，改造前每月用電量6640度左右，改造後用電量5680度左右，大概節約了14.5%。
4、改造后經過一段時間檢查，鋼絲繩磨損的程度大大減少。
5、通過使用PLC、變頻器控制后，在檢修中十分方便快捷。
6、據司機駕駛反應，整機運行中較平穩，工作效率也相對提高。
