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[摘 要]本文主要阐述了桥式起重机的组成、特点及控制要求，系统组成，控制要求等，并详细阐述了西门子S7-300PLC与S120变频器在桥式起重机中的应用，包含对桥式起重机的电控介绍，变频器的系统组态，变频器调试，S7-300PLC的调试程序，外围设备的配置等内容，在实践中总结了相关经验，为西门子S7-300PLC与S120变频器在桥式起重机中的实践积累经验。
[关键词]西门子S7-300PLC；S120变频器；桥式起重机
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0368-01
1.前言
随着变频技术和自动化控制技术的发展，桥式起重机普遍采用变频器作为变频调速电源，用鼠笼异步电动机代替绕线式异步电动机，用PLC作为控制装置。桥式起重机采用变频器作为拖动系统和电动机的变频调速电源，用PLC作为拖动系统的控制器件，提高了桥式起重机运行性能和可靠性，是目前桥式起重机较为理想的控制模式。
2.桥式起重机的组成、特点及控制要求
2.1系统组成
高架起重机的运行机构包括三个部分，即推车运行机构，小车运行机构和电梯运行机构。推车运行机构使用两个电动机完成桥式起重机在水平方向上的水平移动。拖动推车：拖动整个起重机沿车间方向左右移动（参考驾驶员的坐姿）；拖动系统：拖动钩子和重物沿着桥梁来回移动；钩拖系统：拖动重物进行升降的上下移动，并将其分为主钩和辅助钩。
2.2控制要求
由于推车的运行速度非常慢，因此逆变器的运行频率非常低，因此两个电机由一个逆变器控制。逆变器的功率取决于电机的功率。通常，可靠性选择为一个级别。小车运行机构完成桥式起重机在水平方向上的左右移动，并使用单个电机选择单个逆变器分别驱动。逆变器的功率取决于电机的功率。通常，最好使用一个级别。电梯操作机构主要完成重物的提升运动，采用电机驱动专用变频器。电制动方法使用外部电阻器。提升机构需要较大的启动转矩和稳定的启动操作，并且可以实现正向和反向运行，并具有各种保护，例如超限，限制和限流。
由于制动器从紧密到松弛，从释放到保持的过程大约需要0.6秒，并且在通电或断电时立即反映电动机扭矩的产生或消失。因此，制动器和电动机都很容易出现运动问题。如果电机通电且制动器未释放，则电机容易过载。相反，如果电机已经断电且制动器尚未抱住，则重物会掉落，即钩子会出现，因此需要采取预防措施。提升机构需要机械制动，通常使用电磁制动器和液压电磁制动器。
3.西门子S7-300PLC与S120变频器在桥式起重机中的应用
西门子SIMATIC系列的300PLC和SINAMICS系列的S120变频器凭借其成熟的技术在起重机械行业中发挥着重要作用。下面介绍西门子S7-300PLC和S120变频器在桥式起重机中的应用和调试，通过双梁桥式起重机的主钩电子控制系统，额定提升能力为250/75t，并给出S7-300PLC调试器。
3.1桥式起重机的电控介绍
桥式起重机电气系统[1]由四部分组成：主钩升降，辅助钩升降，推车运行和小车运行。主钩升降机由132kW升降专用变频电机驱动，由160kWAC/AC西门子S120变频器调节。系统PLC采用西门子S7-300PLC（CPU315-2DP），远程I/O采用西门子ET200S。整机由Profibus-DP总线控制，这是目前工业控制系统中最成功的现场总线之一。那么如何实现PLC与S120变频器之间的通讯连接呢？我们这次使用的西门子S7-300PLC（CPU315-2DP）硬件已经具有Profibus-DP接口，因此无需单独购买；西门子S120变频器还必须购买带有Pofibus-DP接口的控制单元，以便硬件符合Pofibus-DP功能的要求。此外，S120变频器的GSD文件必须安装在S7-300/400PLC软件中。否则，PLC与变频器之间无法建立ProfiBus-DP通讯。系统的Profibus-DP网络配置如图1所示。
3.2变频器的系统组态
变频器既可以离线配置也可以在线配置，我们选择在线配置的方式。在确定系统接线没有问题后，我们将向逆变器供电并配置S120逆变器[2]。西门子的STARTER软件和SIMOTIONSCOUT软件是S120变频器配置和调试的好帮手。我们这次使用SIMOTIONSCOUT软件进行配置和调试。SIMOTIONSCOUT软件包含STARTER软件的功能。在配置变频器之前，首先恢复出厂值，然后执行自动配置，然后继续下一步。变频器的配置应根据要求逐步配置，如控制模式，电机参数，通讯信息等参数。我国桥式起重机主吊钩升降系统采用矢量闭环控制。西门子提供多种配置的消息格式供您选择。用户可以根据需要选择相应的消息。如果西门子给出的固定消息格式不能满足生产要求，如温度，电压，电流等数据的传输，此时，可以选择接近需求的固定消息，然后是多个PZD字被添加到现有消息中以传输所需信息。
图1 系统的Profibus-DP网络配置图
3.3变频器调试
西门子SIMOTIONSCOUT软件可以快速，轻松地读写S120变频器的参数，并使用软件提供的示波器实时监控系统状态。S120变频器的参数分为功率单元的参数和控制单元的参数。如果要重写相应的参数，我们需要单击以选择所需的组件单元并输入参数列表。系统配置完成后，逆变器需要识别电机。由于我们现场的主钩升降电机已连接到负载，如联轴器和减速器，我们选择静态识别电机。此时，我们需要将变频器功率单元的参数P1910的值设置为“1”，然后通过SIMOTIONSCOUT软件菜单调试下的Controlpanel面板进行操作。靜电识别电机时，会发出蜂鸣声，电机静态识别完成后，参数P1910将自动变为“0”。识别电机后，调整其他参数。
3.4S7-300PLC的调试程序
以下是本桥式起重机主钩S120变频器通过Profibus-DP总线通讯方式与S7-300PLC实现数据交换的部分调试程序：
程序段1：
I10.0//主令零位LW#16#47E//装载变频器准备就绪状态字TMW110//变频器的状态字中间变量LW#16#0000//装载10进制0至累加器1TMW112//变频器的速度值中间变量
程序段2：
ANI10.0//主令零位AI10.1//主钩上升指令为“1”ANI10.2//主钩下降指令为“0”AM100.1//主钩上升安全汇总LW#16#47F//装入方向字TMW110//变频器的状态字中间变量L4000//装载10进制4000至累加器1，4000对应频率50HzTMW112//传送至速度设定值，频率50Hz
3.5系统保护
在该系统中，逆变器具有各种保护和故障输出功能，如短路，过载，过压，缺相和失速。对于主钩提升机构，逆变器输出可以直接连接到电动机，而不必连接到热继电器以进行过载保护。线路的主电路与总接触器和接触器连接。除了开关线，它们也有短路，过载，欠压和其他保护。
参考文献
[1]崔维群.S7-300/400可编程控制器原理与运用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.
[关键词]西门子S7-300PLC；S120变频器；桥式起重机
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0368-01
1.前言
随着变频技术和自动化控制技术的发展，桥式起重机普遍采用变频器作为变频调速电源，用鼠笼异步电动机代替绕线式异步电动机，用PLC作为控制装置。桥式起重机采用变频器作为拖动系统和电动机的变频调速电源，用PLC作为拖动系统的控制器件，提高了桥式起重机运行性能和可靠性，是目前桥式起重机较为理想的控制模式。
2.桥式起重机的组成、特点及控制要求
2.1系统组成
高架起重机的运行机构包括三个部分，即推车运行机构，小车运行机构和电梯运行机构。推车运行机构使用两个电动机完成桥式起重机在水平方向上的水平移动。拖动推车：拖动整个起重机沿车间方向左右移动（参考驾驶员的坐姿）；拖动系统：拖动钩子和重物沿着桥梁来回移动；钩拖系统：拖动重物进行升降的上下移动，并将其分为主钩和辅助钩。
2.2控制要求
由于推车的运行速度非常慢，因此逆变器的运行频率非常低，因此两个电机由一个逆变器控制。逆变器的功率取决于电机的功率。通常，可靠性选择为一个级别。小车运行机构完成桥式起重机在水平方向上的左右移动，并使用单个电机选择单个逆变器分别驱动。逆变器的功率取决于电机的功率。通常，最好使用一个级别。电梯操作机构主要完成重物的提升运动，采用电机驱动专用变频器。电制动方法使用外部电阻器。提升机构需要较大的启动转矩和稳定的启动操作，并且可以实现正向和反向运行，并具有各种保护，例如超限，限制和限流。
由于制动器从紧密到松弛，从释放到保持的过程大约需要0.6秒，并且在通电或断电时立即反映电动机扭矩的产生或消失。因此，制动器和电动机都很容易出现运动问题。如果电机通电且制动器未释放，则电机容易过载。相反，如果电机已经断电且制动器尚未抱住，则重物会掉落，即钩子会出现，因此需要采取预防措施。提升机构需要机械制动，通常使用电磁制动器和液压电磁制动器。
3.西门子S7-300PLC与S120变频器在桥式起重机中的应用
西门子SIMATIC系列的300PLC和SINAMICS系列的S120变频器凭借其成熟的技术在起重机械行业中发挥着重要作用。下面介绍西门子S7-300PLC和S120变频器在桥式起重机中的应用和调试，通过双梁桥式起重机的主钩电子控制系统，额定提升能力为250/75t，并给出S7-300PLC调试器。
3.1桥式起重机的电控介绍
桥式起重机电气系统[1]由四部分组成：主钩升降，辅助钩升降，推车运行和小车运行。主钩升降机由132kW升降专用变频电机驱动，由160kWAC/AC西门子S120变频器调节。系统PLC采用西门子S7-300PLC（CPU315-2DP），远程I/O采用西门子ET200S。整机由Profibus-DP总线控制，这是目前工业控制系统中最成功的现场总线之一。那么如何实现PLC与S120变频器之间的通讯连接呢？我们这次使用的西门子S7-300PLC（CPU315-2DP）硬件已经具有Profibus-DP接口，因此无需单独购买；西门子S120变频器还必须购买带有Pofibus-DP接口的控制单元，以便硬件符合Pofibus-DP功能的要求。此外，S120变频器的GSD文件必须安装在S7-300/400PLC软件中。否则，PLC与变频器之间无法建立ProfiBus-DP通讯。系统的Profibus-DP网络配置如图1所示。
3.2变频器的系统组态
变频器既可以离线配置也可以在线配置，我们选择在线配置的方式。在确定系统接线没有问题后，我们将向逆变器供电并配置S120逆变器[2]。西门子的STARTER软件和SIMOTIONSCOUT软件是S120变频器配置和调试的好帮手。我们这次使用SIMOTIONSCOUT软件进行配置和调试。SIMOTIONSCOUT软件包含STARTER软件的功能。在配置变频器之前，首先恢复出厂值，然后执行自动配置，然后继续下一步。变频器的配置应根据要求逐步配置，如控制模式，电机参数，通讯信息等参数。我国桥式起重机主吊钩升降系统采用矢量闭环控制。西门子提供多种配置的消息格式供您选择。用户可以根据需要选择相应的消息。如果西门子给出的固定消息格式不能满足生产要求，如温度，电压，电流等数据的传输，此时，可以选择接近需求的固定消息，然后是多个PZD字被添加到现有消息中以传输所需信息。
图1 系统的Profibus-DP网络配置图
3.3变频器调试
西门子SIMOTIONSCOUT软件可以快速，轻松地读写S120变频器的参数，并使用软件提供的示波器实时监控系统状态。S120变频器的参数分为功率单元的参数和控制单元的参数。如果要重写相应的参数，我们需要单击以选择所需的组件单元并输入参数列表。系统配置完成后，逆变器需要识别电机。由于我们现场的主钩升降电机已连接到负载，如联轴器和减速器，我们选择静态识别电机。此时，我们需要将变频器功率单元的参数P1910的值设置为“1”，然后通过SIMOTIONSCOUT软件菜单调试下的Controlpanel面板进行操作。靜电识别电机时，会发出蜂鸣声，电机静态识别完成后，参数P1910将自动变为“0”。识别电机后，调整其他参数。
3.4S7-300PLC的调试程序
以下是本桥式起重机主钩S120变频器通过Profibus-DP总线通讯方式与S7-300PLC实现数据交换的部分调试程序：
程序段1：
I10.0//主令零位LW#16#47E//装载变频器准备就绪状态字TMW110//变频器的状态字中间变量LW#16#0000//装载10进制0至累加器1TMW112//变频器的速度值中间变量
程序段2：
ANI10.0//主令零位AI10.1//主钩上升指令为“1”ANI10.2//主钩下降指令为“0”AM100.1//主钩上升安全汇总LW#16#47F//装入方向字TMW110//变频器的状态字中间变量L4000//装载10进制4000至累加器1，4000对应频率50HzTMW112//传送至速度设定值，频率50Hz
3.5系统保护
在该系统中，逆变器具有各种保护和故障输出功能，如短路，过载，过压，缺相和失速。对于主钩提升机构，逆变器输出可以直接连接到电动机，而不必连接到热继电器以进行过载保护。线路的主电路与总接触器和接触器连接。除了开关线，它们也有短路，过载，欠压和其他保护。
参考文献
[1]崔维群.S7-300/400可编程控制器原理与运用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.