原系统分析 　　

桥式起重机(天车)是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要应用。郑州北车辆段5吨桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车由两台4kW绕线式异步电动机、小车由一台2.5kW绕线式异步电动机驱动。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式。由于工作环境差，粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重，实际过载率高，冲击电流偏大，容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障，影响现场生产和安全，工人维修量和产生的维修费用也很高。并且原调速方式机械特性较差，调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。 　　

针对现有技术存在的不足，本次改造的起重机采用PLC和变频器技术，以程序控制取代继电器----接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了起重机的半自动化控制。 　　

改造方案 　　交流电动机的调速方式很多，针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。 　　

1、拖动系统 　　

a、电动机选型 　　

大车与小车用电动机可选用普通的笼型转子异步电动升降用电动机由于要求比较高，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面的考虑，通过短接转子回路也能进行使用。 　　

b、调速方法 　　

采用具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用6段速度运行，从低到高自由切换。 　　

c、制动方式 　　

采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。首先，通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到零(使它们停止) ；对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间（如重物在半空中平移），而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰（如在平移过程中常易出现的瞬间断电），因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。

2、变频调速系统的控制要点
　　桥式起重机拖动系统的控制动作包括大车的左、右行走及速度档位；小车的前、后行走及速度档位；起重机的升、降及速度档位等。所有这些，都可以通过PLC进行无触点控制。
　　桥式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
　　防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：
　　■ 电磁制动器在通电到断电（或从断电到通电）之间是需要时间的，大约0.6秒（视型号和大小而定）。因此，变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。
　　■ 变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生“过流”而跳闸的误动作。
　　为此，具体控制方法如下：

　　a、重物高空停止的控制过程
　　■ 设定一个“停止起始频率”fBS，当变频器的工作频率下降到fBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；
　　■ 设定一个fBS 的维持时间tBB，tBB长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要的时间；
　　■ 变频器将工作频率下降至零。
　　如图1所示。


图1： 重物高空停止的控制过程

b、重物升降的过程
　　■ 设定一个“升降起始频率”fRD，当变频器的工作频率上升到fRD时，将暂停上升。为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已经能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作频率达到fRD的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需要的时间tRC；
　　■ 当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电；