摘要：随着经济的发展和科技的进步，无人天车在现代化生产中的应用越来越大广泛。由于PLC在工业自动化中的应用越来越深入，并且其具有较高的工作可靠性，因此用PLC来代替传统的交流控制器已成为一种必然趋势。本文就无人天车电气控制系统中的变频器选择与PLC通信展开探讨。
关键词：无人天车；电气控制；变频器与PLC
引言
冶金天车在恶劣复杂的环境下工作时间过长，电气设备老化，且控制系统不精确、不完善，导致天车在运行时事故率增加，影响生产的顺利进行。优化天车的电气控制系统，可降低事故率，保障生产连续性。
1天车结构介绍
天车按照结构来分主要有3个部分，这3个部分分别为机械构造、金属桥架、控制部分，其中机械构造按照其功能来说主要分为大车、小车运行结构，和吊钩的起降结构，同时还带有辅助安全保护装置，在本章节主要对天车的机械部分进行简短介绍。（1）小车运行机构。小车的运行机构主要作用是让吊钩发生横向移动来调整货物的运行方向和轨迹，在实际应用中小车机构非常重要，它主要由动力电机、联轴器、减速器、传动轴组成。（2）大车运行机构。大车的运行机构驱动车轮使天车沿着轨道前行或后退，主要包含电机、制动器、传动轴、减速器等，同时还有主动车轮组，从动车轮组等。（3）安全保护装置。安全保护装置主要指过负荷、过载、防撞的保护，主要有过载限制装置、吊钩起升、下降位置限制装置、大车和小车行程限位及防撞缓冲装置等。（4）起升机构。吊钩起降部分是天车中非常重要的机构，它是用来起吊设备的，主要包含动力电机、制动器、吊钩组、联轴器，同时还有荷重仪等称重装置。
2无人天车电气系统
PLC无人天车电气系统主要由六大模块组成：（1）配电保护模块；（2）主起升机构模块；（3）副起升机构模块；（4）大车运行机构模块；（5）小车运行机构模块；（6）PLC控制模块。以上模块包括了PLC控制系统、变频器、同步与纠偏系统、制动器的控制和安全保护系统等。首先操控联动台上的主令控制器手动控制装置，通过MPI总线与PLC的CPU通信，并把发出的指令信号传给PLC模块，CPU根据这些指令信号，经过处理后进行相应的控制信号输出，传递到各种控制器中。各种控制器带动接触器，从而对天车各控制部分的机构进行有效的运行模式控制。同时，天车上的各限位开关信号发所有的信息反馈给PLC，做好天车作业时的安全保障。系统总图如图1。
图1 系统总图
3 PLC通信网络构建
对于PLC所构建的数据网络按其规模大小、控制环境以及地域影响分为单级控制网络和多级互联网络。单级控制网络构建主要是指以设定某一计算机为主站，连接多台PLC控制器，并将其设定为从站，一台计算机对多台PLC进行控制，组成单一扇形控制网络，在网络中计算对从站PLC进行编程、操控显示、监控等操作，而多台PLC负责执行计算机传输的指令任务，并将执行过程、结果数据反馈给主站计算，计算机与PLC之间通过RS-232接口标准连接，当远距离通信时可将RS-232接口变换为并行接口进行进行数据传输。多级互联网络构建，通常以金字塔形式对网络进行逐级构建，根据实现功能不同网络层数、传输形式均有所不同，在实际应用中一般采用3~4级网构形式，在构建中可增加互联形式，每级结构均有计算机与PLC连接组成，在多级互联网络构建中层级主站一般设定PLC执行，通常采用计算机负责判断运算以及指令发出和层级间的互联信息传递，PLC仅进行指令执行、反馈，而顶层网络对整个计算机PLC互联网构进行管理或与其他网络进行互联。
4 PLC无人天车电气控制系统设计
4.1变频器选择
无人天车各机构选用FR-A740系列变频器，相比于通用型变频器，其性能具有以下优点：（1）软件性能更优化核心控制程序针对变量负载在速度控制、转矩控制、电气制动等方面做了更深入的优化。（2）安全性能好，自身保护功能齐全。提高了安全性能。（3）具有限流作用，可以减少启动时对电网冲击。（4）零速全转矩功能。吊钩由运行状态降为零速时，系统先产生一定的转矩并确认转矩的产生，直到电磁制动器将电动机轴抱住为止，从而防止溜钩。
4.2 PLC控制器
PLC可编程控制器是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展为以微处理器为核心，把各种工业技术融为一体的新型工业控制装置，具有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，同时还有较强的算数运算、数据传输、数据处理及网络通讯功能，通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型装置的生产过程，目前已经成为工业控制领域主要的控制装置，广泛应用于各行各业。PLC主要有以下特点：（1）PLC可靠性高、抗干扰能力强，应用灵活，比较适合顺序控制场合。（2）具有较强的逻辑判断和数据分析处理能力，编程语言形象，通俗易懂。（3）功能完善、通用性强，长远使用成本低。
4.3 PLC程序选用及设计
根据输入输出信号的数量、参数和性能要求，PLC选用系列控制器，并采用块式编程，除了具有极高的可靠性、丰富的功能指令集合外，还具有以下优点：（1）具有6个独立的30kHz高速计数器，用于将二进制码转换成起升高度，同时对起升高度偏差调整更加细微化，使天车设备运行更加平稳。（2）具有2个RS485通讯编程口，使得变频器开关量控制功能更强大，用于变频器起停和速度给定的开关量控制更加多样化；具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，变频器通信控制功能增强，同时增强了小车及升降机构的各种控制系统。（3）备用应急系统为防止紧急情况下总线干缆上某点出现损坏，系统还配备了一套相匹配的控制系统，保证在出现紧急情况时，作业也不会被终止。目前一般无人天车PLC和变频器控制系统设置有两套控制系统，一套采用总线通信，用于正常的操作作业；另一套采用开关量控制，用于应急作业。遇到总线紧急情况时，PLC可以切换两套参数，将总线通信切换至开关量控制，并反馈给主操作界面总线通信故障信号。两套参数在作业速度给定上完全相同，从作业操作角度感觉不出两套参数的切换，在接受到报警信号之后由专业人员排查总线通信故障，故障消除后切换到总线控制模式。（4）自动纠偏与电气同步对于双沟式无人天车，在启动作业模式后，系统进入自动纠偏模式，以保证双钩作业位置的同步。当偏斜量超过系统限定值后，纠偏指令发生器则进行工作。但PLC系统并不是动态实时纠偏，而是采用设置两个阈值对天车进行有效的纠偏控制。
4.4安全保护
（1）安全门开关连锁保护 。在无人天车桥机两侧端梁及平台处设置 3 只安全门开关，只有所有开关均处于闭合状态，才可以保证天车的有效运行。再打开状态时，接触器不可以进行工作。总接触器处于吸合状态时，这些门任何一个被打开，均会使控制回路不具备条件导致接触器释放，从而可实现无人天车工作人员免受天车设备意外的突然起动所造成的危害。（2）变频器部分的保护。 选用的 FR-A740 系列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，可以有效的对天车进行各种故障的监视和信息通信。
结语
随着PLC控制技术的不断提高、完善，越来越多的设备采用PLC进行远程控制，将PLC可编程控制和变频器控制技术综合起来应用于无人天车控制系统，可以使天车设备的调速性能、节能和运行效率以及安全性方面得到明显提高。随着工业化进程的快速发展，PLC和变频器系统的无人天车正越来越多的运用在各个行业，其发展速度也是日新月异。
参考文献
[1]胡斐然，卢杰.变频器在起重设备控制系统上的应用[J].包钢科技，2017.
[2]齐荣.新一代可编程计算机控制器技术[M].西安:西北工业大学出版社,2015.
[3]郑阿奇.施耐德PLC应用技术[M].北京:电子工业出版社,2016.
[4]张建平.变频技术与PLC技术在门机上的应用[J].中国港口,2015,9:41-42.
[5]雷霖.PLC通信技术及其应用研究[J].自动化与仪器仪表，2015（5）：25-27.
论文作者:王志鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：天车论文; 变频器论文; 控制系统论文; 机构论文; 作业论文; 吊钩论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第2期论文;