橋式抓斗起重機電氣控制系統(tǒng)

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摘要：改造水泥生料調(diào)配站設(shè)計中，多采用橋式抓斗起重機（簡稱“橋抓”）把各種輔材抓到各自的小倉，“橋抓”中各電動機使用凸輪操作控制接觸器及變阻器的方式，問題很多，大大影響了正常生產(chǎn)。筆者根據(jù)變頻器、PLC廣泛使用所表現(xiàn)出的優(yōu)良性能，并考察某廠小型橋式起重機改造的方法，對我公司5000t/d生產(chǎn)線生料調(diào)配站的16t大型橋式抓斗起重機電氣控制系統(tǒng)進行了改造。

關(guān)鍵詞：橋式；抓斗起重機；電氣；控制系統(tǒng) 1原控制方式存在的問題1.1“橋抓”的結(jié)構(gòu)組成“橋抓”結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：大車及行走機構(gòu)（15kW×2）、小車及行走機構(gòu)（7.5kW）、抓斗起升機構(gòu)(90kW)及抓斗開合機構(gòu)(90kW)。其中，大車及小車機構(gòu)屬于平移機構(gòu)，主要帶動起升機構(gòu)及物料進行平移行走，抓斗起升機構(gòu)主要是拖動物料上下運動，而抓斗開合機構(gòu)主要作用是抓取及釋放物料。 1.2傳統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的缺點該“橋抓”電氣拖動系統(tǒng)采用繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速方式，是起重機械中最常見的調(diào)速方法。該方法在使用中存在以下問題：1）設(shè)備故障率高：因工作環(huán)境差，粉塵、腐蝕性氣體極易對電動機滑環(huán)、碳刷及接觸器等造成不良影響，加之電動機啟動頻繁，電流及機械沖擊大，因此日平均故障率可高達(dá)數(shù)次。2）控制線路復(fù)雜：電動機調(diào)速級數(shù)越多，需要接入的接觸器與變阻器就越多，這使得控制線路十分龐大復(fù)雜，故障點多。3）功率損耗大：轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，電動機轉(zhuǎn)差變大，機械特性變“軟”，以熱能形式釋放的電動機損耗功率增多。4）機械方面：由于電動機啟動頻繁，電流及機械沖擊大，造成橋抓鋼絲繩經(jīng)常斷裂。主梁及導(dǎo)軌振幅增大，設(shè)備人員極其不安全。5）調(diào)速范圍窄：由于調(diào)速范圍小，從而造成速度穩(wěn)定性差，無法長時間低速下放重物。 1.3實際生產(chǎn)中存在的問題生料調(diào)配站中的“橋抓”在運行過程中負(fù)載的變化十分復(fù)雜，在拖動過程中對轉(zhuǎn)矩要求高，特別要求調(diào)速系統(tǒng)在低速包括零速時應(yīng)能輸出較大轉(zhuǎn)矩（>150%額定力矩），動態(tài)響應(yīng)快，能承受四象限力矩的變化。尤其是抓斗的卷揚和開閉電動機在使用過程中反復(fù)承受無數(shù)次的倒順轉(zhuǎn)操作，經(jīng)常受強電流、大力矩沖擊，對電動機和機械部件損傷較為嚴(yán)重，故障率高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。由于我公司原電氣系統(tǒng)控制設(shè)計橋式起重機的使用率只有30%左右，使用過程中由于元器件種類多、數(shù)量多、操作頻繁，使得電氣機械故障增加，有時一天維修多達(dá)20次，所以經(jīng)常存在由于輔材的斷料而導(dǎo)致停磨的事故，嚴(yán)重的還可能造成停窯。 2改造方案變頻器以其優(yōu)越的軟啟動及調(diào)速平穩(wěn)性能與完善的保護功能，可為“橋抓”的傳動系統(tǒng)可靠運行提供有利條件，因此采用PLC控制的變頻器控制方案對“橋抓”控制系統(tǒng)進行改造。 2.1控制系統(tǒng)功能要求本系統(tǒng)控制核心主要采用PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的邏輯控制，主要功能如下：1）各個機構(gòu)的啟/停控制及多段速控制。2）對抱閘及散熱風(fēng)機控制來保證各機構(gòu)電動機更為合理的進行工作。3）系統(tǒng)安全連鎖控制。①行車上各個進出口的門以及操作室的門在打開狀態(tài)下，禁止操作；②各操作手柄未處于零位置時，上電禁止工作（即零位保護）；③主起和開合變頻器中任意一臺變頻器報故障時，兩臺變頻器均立即停止輸出，同時抱閘動作；④任何時刻斷電，系統(tǒng)將立即停止，抱閘動作。PLC故障時，各操作命令無效（PLC無輸出），這時，抱閘閉合，行車處于安全停止?fàn)顟B(tài)。緊急事故時，司機可按“急停”按鈕，切斷控制電源，使抱閘閉合。4）系統(tǒng)報警及限位保護。2010.No.4①當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或制動單元出現(xiàn)報警時，停止本機構(gòu)的一切動作，且抱閘立即閉合，散熱風(fēng)機延時斷電；②各機構(gòu)操作至限位時，限位開關(guān)將保護動作、變頻器停止輸出，以保證人身及設(shè)備安全。 2.2電控系統(tǒng)配置按“橋抓”的功能要求及機電設(shè)備的型號規(guī)格進行電控系統(tǒng)的配置。該“橋抓”電控系統(tǒng)配置見表1。以抓斗起升電動機為例，其控制原理見圖1。 2.3改造后的控制系統(tǒng)特性分析1）變頻系統(tǒng)與常規(guī)電氣控制方案相比,省去了電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的大功率電阻、加速接觸器和電動機正反轉(zhuǎn)交流接觸器,降低維護量90%以上，延長電動機壽命。2）采用多段速調(diào)速控制，操作方式與原有的一致。但變頻控制方式下的“橋抓”多段速調(diào)速控制更安全、精確和有效。3）變頻控制方式下，電氣制動與機械制動相結(jié)合，制動平穩(wěn)可靠。保護負(fù)載不受損傷，且減少了部件及結(jié)構(gòu)的磨損和機械應(yīng)力。采用矢量控制閉環(huán)方式，0Hz時起升電動機也能以額定轉(zhuǎn)矩輸出，實現(xiàn)零速抱閘，可以全速受控，減少抱閘閉合時的振動及抱閘磨損。4）加減速平滑，使振動和沖擊變小，同時減小了負(fù)載的晃動，提高了安全性能。無需采用機械變速裝置，利用變頻調(diào)速50Hz以上恒功率調(diào)速方式即可將空鉤及輕載工況的起升速度提高一倍，類似于直流電機的弱磁升速方式，可大大提高生產(chǎn)率。電控系統(tǒng)配置5）電動機加減速時間可調(diào)整，可實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動、軟停止，速度變化平滑，運行平穩(wěn)，低速性能穩(wěn)定，啟動電流小。最大不超過電動機額定電流的150%，頻繁啟動和停止時，電動機熱耗減小，延長電動機壽命。對電網(wǎng)容量的影響也大大減少。抓斗起升電動機控制原理序號名稱規(guī)格型號廠家數(shù)量備注1變頻器110kW施耐德2升降、開閉2變頻器37kW施耐德1一拖二（大車）3變頻器15kW施耐德1小車4制動單元CDBR－4110B標(biāo)配25制動單元CDBR－4045B標(biāo)配16制動電阻25kW/6.3Ω標(biāo)配27制動電阻9.6kW/16Ω標(biāo)配18制動電阻3kW/40Ω標(biāo)配19 PLC S7-200 SIEMENS 1套10低壓電器配套及輔料ABB若干11系統(tǒng)集成柜內(nèi)裝配國標(biāo)若干12柜體1 600×1 000×600國標(biāo)213柜體1 600×800×600國標(biāo)114系統(tǒng)總價160000元系統(tǒng)配套1夏捷:橋式抓斗起重機電氣控制系統(tǒng)改造-65-6）能滿足起升機構(gòu)對調(diào)速硬度、低頻轉(zhuǎn)矩特性及四象限運行的要求;可以長時間低速運行;能有效的防止重載空中溜鉤現(xiàn)象。通過觀察儀可以觀察到其公認(rèn)的低速力矩特性：矢量控制從零速開始輸出150%高力矩運行，可使起重機在低速下平穩(wěn)啟動。在重負(fù)荷時，起重機也能在各檔速度下平滑運行，在空中停止并重新啟動上升或下降時無溜鉤現(xiàn)象。7）變頻器的“危險速度段設(shè)置”可使電動機避免在某一速度或某一速度范圍內(nèi)運行，電動機通過危險速度范圍時按照加速或減速積分曲線進行加速或減速。3改造后的使用效果1）啟動平滑，對電網(wǎng)、電動機及機械設(shè)備無沖擊力，充分保證了電氣、機械的安全運行。2）加減速特性實現(xiàn)了斜坡特性，抓斗在上下左右的過程中來回擺動的現(xiàn)象減少，保證了人身及設(shè)備的安全。3）故障率大大減少，也不再出現(xiàn)啟動、加減速過快過猛而造成的鋼絲繩斷裂、抓斗墜落以及大小車跑出軌道現(xiàn)象。4）節(jié)能降耗及經(jīng)濟效益明顯。設(shè)備故障率減少節(jié)省維修費用；提高了設(shè)備的運行率，保證了生產(chǎn)的正常運行，經(jīng)濟效益顯著提高。改造前后“橋抓”各電動機的耗電數(shù)據(jù)見表2。表2改造前后的耗電數(shù)據(jù)對比A2007年5月改造后，經(jīng)統(tǒng)計可節(jié)省電費約9 000元/月（有效運行時間12h/d），電氣機械維護費用可節(jié)省11000元/月，8個月可收回改造成本。提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率，有效解決了因“橋抓”故障造成供料不足影響生產(chǎn)的瓶頸問題。 參考文獻： [1]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.