1.江西工埠机械有限责任公司江西省宜春市331200；
2.中联重科股份有限公司湖南省长沙市410205
摘要：本文介绍了大型起重机的控制系统，控制系统的性能要求。探析了变频器和PLC在大型起重机控制系统中的应用，研究了控制方法与控制策略，给大型起重机的控制研究提供了参考。
关键词：变频器；PLC；大型起重机；控制
引言：在我国，起重机械属于机电类特种设备，是八大类特种设备中使用最广泛的一个种类。在起重机械领域，大型起重机的在用设备数量、年新增设备数量以及增长率都是最低的，但其经济价值及其所创造的经济效益却是最大的。大型起重机多用于港口码头、物流运输及电力工程建设等领域，起重机的繁忙程度较高，作业环境较恶劣，且作业效率及作业质量要求较高。根据上述工况及需求来看，大型起重机需要一套控制精度高、可靠程度强、使用维护成本低的控制系统。而传统意义的采用接触器、继电器作为控制元件的控制系统工作频率较低、可靠性较差、能耗较高，已不能满足大型起重机的需求。近年来，应用变频器和PLC作为控制元件的控制系统已经在高端装备中使用，并以其起动制动平稳、调速范围宽、节能优势明显等特点成为了前景广阔的控制系统，也成为了大型起重机控制系统的发展趋势。
一、变频器和PLC简介
PLC即是可编程序控制器，由电源、CPU、输入输出等部分组成。它循环执行：采样输入信号~执行用户程序~控制输出，对外部设备进行自动控制，在自动化领域有广泛应用，它可以用于控制变频器。PLC有丰富的指令，如逻辑运算、移位、数学运算等，是一种智能化控制系统。
变频器只是一种控制元件，它能把工频（50HZ）变为其他频率，用于控制电动机的转速。变频器使用前要设定一些参数，如输出频率、工作模式、电流电压保护参数等，但不需要、亦无法进行编程。它的输出频率可以设为固定值，也可以由PLC动态控制。
二、起重机控制标准
起重机相关设计规范明确指出，在110%额定载荷条件下，起重机可有序运转安全运动，较为可靠。当供电系统波动处于额定值的-10%时，在此条件下起升额定载荷，不管载荷位于何种位置，均要求控制系统能够确保机构稳步工作，不会出现溜钩问题。同时，制动器线路一旦出现故障可及时断开电源，由此可知，应针对制动器线路安装安全保护装置。另外，变频器和PLC还能够达成多点控制，每一个控制点存在连锁反应，无论那一时刻仅仅有一个工作点处于工作状态，且各控制点均配备紧急断电装置。
三、变频器和PLC应用于大型起重机控制系统的方案
通过对大型起重机作业需求的分析，可知若要实现对大型起重机的控制，PLC必须接受操作信号并进行综合处理，并控制变频器输出信号，从而控制电机工作。对于起升机构来说，不但要求较高的转速及起制动的平稳程度，而且对转矩的控制有比较严格的要求。具体的控制方案采用两个变频器分别控制两台起升电机，控制方式采用矢量控制方式，PLC接受电机的旋转编码器经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。由于运行机构的使用频率不高，运行机构可采用一个变频器控制两台电机，在调速控制中，运行机构共用由一套系统来控制，从而实现运行机构同步的要求。
四、变频器和PLC的实际应用
1、变频器的实际应用
对于大型起重机而言，在其控制系统中，应科学选择变频器，在实际活动中应满足以下要求：其一，为实现远程诊断，保证与外部有效的通信控制，应面向变频器提供标准接口，并应用制动断续器，在外部和内部之间建立顺畅联系，全面制动电阻，让系统拥有动态制动特性，进而适当降低减速时间；其二，变频器应拥有多项保护功能，一旦出现接地故障或者遭遇过电流问题时能够借助自动保护功能，实现系统保护；其三，变频器还需要具备优良的抗冲力，在具体的运转环节，借助运动转矩，利用闭环矢量控制构建多段控制，进而满足其中标准。综上可知，为有效保障起重标准，务必要科学选择变频器，借助可靠的转矩控制以及科学的速度，改善系统运行效果。
2、电动机的实际应用
对于起重机而言，应用电动机时，要求科学选择电动机容量，一般应参照特定公式进行计算。同时，选择电动机时需统筹下述两方面内容，其一，电动机的极限转矩值与负载力矩是否呈现大于两倍的关系，并可负担国标规定的正常的电压波动范围；其二，考虑额定负载。
3、制动单元
在系统的实际运行与不断提升过程，因电动机运行会出现负载，在某种情形中，这些负载出现转化，变成机械能，为处理该机械能，则应借助制动单元来实现。常规条件下，对整个系统而言，为有效处理该能量，一般采用下述两种手段，其一，借助直流线层面的回馈，让能量转换流向电网，此种处理手段除对电网提出了严格标准外，且回馈装置十分昂贵，与经济性原则不符；其二，借助制动电阻，依托制动单元来吸收能量，在综合实践中，主要选择和应用此种处理手段。
五、系统运行
1、变频器
对起重机系统而言，变频器的应用具体体现下述方面：其一，借助DTC技术，即便不具备测速发电机以及光码盘，仍可达成零转速满转矩，通过低电流实现大转矩，合理实现系统反馈。在该环节，极限转矩超出220%额定转矩，不仅符合电动机标准，并符合电动机负载条件下力矩的规范；其二，系统内部的电动机借助磁通优化作用，显著降低噪声，同时，满足负载标准，改善系统运行效果，在该环节，系统利用电动机的各种负载作用，其运行效率能够得到提高；其三，围绕变频器以及电动机配置滤波器，以此来保护电动机内部的绝缘，这是因为在具体的转动过程可能产生电流脉动。另外，借助磁通制动，进一步管控运行速度，提升精确度。
2、日常检修
在日常检修工作中，因开展电阻试验，涉及每一个开关触头，同时，还应开展直阻测试，该试验一般围绕变压器与电动机来开展。在实际测试过程，如果发现接头温度高于80℃的接头，一定要开展分解检测，统筹各相关因素，认真检查，综合分析，有效处理，规范测试，确保检测达标。
3、系统管理
起重机的运行一般借助电控系统实现控制，其中电控系统大多为PLC，因存在优良性能与显著功能，这不仅可准确评估外部电气元件，准确检测性能，增加操作直观性，促进人工操作，而且将自动控制变成了现实，借助操作室内部的触摸屏可有效显示系统故障，并可展现所有运行状态。
综上可知，对起重机控制而言，变频器和PLC的实际应用获得了可观的效果，其中在经济效益层面，变频器和PLC可缩减设备维修成本，提升系统内部设备的使用效果，在接触器中表现的最为明显，且不会出现机械能重新流入电网的现象，使其处于正常功率，而在环境效益层面，因在原有的起重机系统中，相应的电能消耗率偏高，外加转子回路的作用，引发了能源浪费问题，但变频器和PLC可有效缓解能源浪费问题。
结语
大型起重机是物流运输和工业安装中不可或缺的工具，其运行时质量和作业的效率非常重要。大型起重机的起动、制动以及起吊货物时的平稳程度决定了其作业质量，而变频器和PLC技术可以从容地控制起重机达到平稳运行的目的，因此将变频器和PLC技术应用于大型起重机的控制系统，可以有效地提高大型起重机的作业质量和作业效率。而且，变频技术可以使大型起重机的能耗明显下降，具有更好的环保效益和社会经济效益，是大型起重机的发展应用趋势。
参考文献：
[1]周志勇.大型起重机控制中如何应用变频器和PLC[J].湖南农机，2012，11.
[2]王寅.起重设备控制中变频器和PLC的应用[J].科技传播，2013，21.