| PLC与变频器在桥式起重机电气改造中的应用 | |
| 作者：山东球墨铸铁管有限公司 张玉湖 | |
关键词：桥式起重机 PLC PowerFlex 变频器 随着工业自动化的发展，PLC、变频器在设备改造中得到了广泛应用。桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，我公司铸管车间拥有多台桥式起重机，每天使用频繁，工作量很大。桥式起重机能否正常工作直接影响车间生产、设备检修等任务的完成以及人身、设备的安全。 由于桥式起重机在铸造厂房内，其工作环境相当恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，还要求有一定的调速范围，所以传统的继电控制和串电阻调速已呈现出诸多缺点，对这类设备的系统改造已十分必要。 1 电气系统的基本情况 该车间的桥式起重机主要作用如下：将铁水分配至10t 电炉内，其间添加废钢、合金进行调质、调温；炉内铁水温度达到出铁要求后，起重机将球化铁水分配至离心机进行浇铸；以及电炉、离心机维修时进行相关的起重任务。桥式起重机拖动系统采用绕线式交流异步电机，其中大车电机2 台，小车电机1 台，主起升电机1 台，副起升电机1台，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器－接触器控制，这种控制系统主要缺点如下： （1） 电机转子串电阻调速属能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差； （2） 继电器－接触器控制系统在频繁切换的情况下，冲击电流大，触头烧损、电刷冒火、电动机以及转子所串电阻烧损和断裂故障时有发生，故障率高； （3）调速平滑性差，对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大，影响使用寿命； （4）系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动器损害很大，闸皮磨损严重。 由于工作环境恶劣，石墨碳粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及接触器损坏较大，加上任务重，操作程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障5 次,对生产影响较大，转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式起重机故障率高的问题，只有采用PLC 作为主控制装置，采用变频器进行调速。 我们首先对担负分配球化铁水及检修工作的16/3.2吨桥式起重机的大、小车拖动系统和吊钩提升系统进行改造，以改善其操作性能、降低故障率。 2 改造方案 改造后的电控系统采用一台PLC 进行系统控制，采用四台变频器及相关部件进行拖动系统的控制。 2.1 PLC 选型及设计 将起重机电控设备输入、输出信号接入PLC 的I/O 模块，同时根据实际工况对PLC 进行合理编程。控制原理图如图1 所示。
（2）主、副钩有钢丝绳提升限位、重锤限位、超重限位保护，大车、小车有行程开关保护，各个设备的保护动作只影响设备本身的动作。 （3）所有的变频器的故障信号都接入PLC，任何变频器出现故障只影响本拖动的动作。 （4）吊钩升降与小车前行和后退、大车左行和右行有操作互锁。 （5）主钩、副钩、大车、小车速度由主令开关档位切换，可实现平稳切换。 （6）禁止司机利用打反车来对大车和小车进行定位。 2.2 变频器的选型 桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、32 吨大钩、5 吨小钩提升电动机各一台，这次改造总的思路是用四台变频器来控制五台电机，实现重载启动，变频调速。主电路原理图如图2 所示。
变频器在电机制动时，会出现电机处于再发电运行状态，变频器就需制动电阻耗散这部份能量，。由于变频调速系统在重物下降时及电机制动时，会出现电机处于再生发电运行状态，因此需要在变频器直流回路内接制动电阻消耗这部分再生电能，同时使电机的制动能力提高，且使运动中的大、小车和吊钩迅速而准确地将转速降为零。 2.3 变频调速的控制要点 桥式起重机控制系统中需要引起注意的是防止溜钩的控制，因为在液压抱闸抱住电机之前和松开后的瞬间，极易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩。 （1）起重物停住控制要点 通过设定停止频率，和维持时间，当变频器的工作频率下降到停止频率时, 变频器输出一个“频率到达信号”,发出液压抱闸断电指令，变频器输出定值维持力矩，延时液压抱闸释放，变频器工作频率降为零。 （2）起重物升降控制要点 设定“升降起始频率”和“检测电流时间”，当变频器到达设定值时，变频器开始检测电流，确认电流足够大，产生的力矩能抵消下降力矩时发出抱闸松开指令，使液压抱闸通电松开。 （3）自动转矩提升设置 在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性，提高启动转矩; 提高零频电压可以加大直流强励磁，可以使电机保持足够大的转矩防止溜钩。 3 结束语 经过实际运用，改造后的系统性能得到了很大的改善，效果非常明显，主要体现在以下几个方面： （1）采用PLC 和变频器调速系统后，控制系统简化，故障率低，可靠性大为提高。桥式起重机的启动、制动、加 速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高； （2）电机运行的开关器件实现了无触点化，避免了因频繁动作而烧损，以及由于触头烧损而引起的电器故障，具有半永久性的寿命； （3）由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长； （4）机械特性硬，负载变化时，各档速度基本不变，而且可根据现场情况，很方便地调整各档速度和加速时间，使吊车操作更加灵活，反应迅速； （5） 液压抱闸在低速时动作, 其闸皮的磨损很小，使用寿命延长，保养时间和费用都得以减少。 如果采用YZ 或YZB 系列鼠笼电机取代绕线电机，则可完全消除电刷和滑环经常出的故障。 参考文献 [1] 段苏振交流变频调速技术在门式起重机中的应用［J］电气传动，2005，1. [2] 段苏振交流变频调速的电气制动方式［J］机床电器，2004，3. [3] SLC 500 Modular Hardware Style User Manual，RockwellAutomation，2008. [4] PowerFlex 70 变频器用户手册，Rockwell Automation，2005. [5] PowerFlex 700 变频器用户手册，Rockwell Automation，2004.(end) | |
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