40噸固定式起重機(jī)電控系統(tǒng)改造
本文主要是介紹了我公司一臺(tái)40噸固定式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造情況。述說(shuō)了整個(gè)系統(tǒng)的控制思路和電氣元件的選取及要求。
關(guān)鍵詞:PLC 變頻器 繼電器
概述:
本文以電氣控制系統(tǒng)改造為題,進(jìn)行一些探討與分析,進(jìn)行改造的起重機(jī)的機(jī)構(gòu)主要分為:起升,變幅,旋轉(zhuǎn)三大部分,但是不能行走,這樣在生產(chǎn)中帶來(lái)不便, 它的主要電氣控制元件使用繼電器和交流接觸器。因?yàn)楦鳈C(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率相當(dāng)大,原系統(tǒng)采用了轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行降壓起動(dòng),調(diào)速也是通過(guò)切除轉(zhuǎn)子所串電阻進(jìn)行調(diào)速。轉(zhuǎn)子串電阻方式調(diào)速范圍窄,很難達(dá)到集裝箱低速著地的要求。由于該機(jī)使用頻率高、線路復(fù)雜、接頭觸點(diǎn)多、耗電量大、起動(dòng)電流大等原因造成需經(jīng)常更換交流接觸器,導(dǎo)致故障率高,使該機(jī)存在運(yùn)行質(zhì)量低等弊端。這次改造中,主要是對(duì)起升、變幅、旋轉(zhuǎn)三大機(jī)構(gòu)的電控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),并增加大車行走控制系統(tǒng)。在這次改造中整機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由我負(fù)責(zé)安裝與調(diào)試。
我公司是外運(yùn)系統(tǒng)中的一個(gè)倉(cāng)碼公司,以集裝箱裝卸業(yè)務(wù)為主,大型起重機(jī)裝卸機(jī)械是我司主要的生產(chǎn)工具。隨著我司業(yè)務(wù)的發(fā)展,一些舊設(shè)備日漸跟不上生產(chǎn)需要,必須對(duì)其進(jìn)行改造,使其發(fā)揮最高效能?,F(xiàn)我司有四臺(tái)龍門吊及三臺(tái)40噸固定式起重機(jī),為了提高生產(chǎn)能力,促進(jìn)我司的發(fā)展。在2003年10月我司對(duì)自編為3號(hào)的GQ4024集裝箱固定式起重機(jī)進(jìn)行改造,將其改造成MQ4035軌道式門座起重機(jī),改造后提高了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,簡(jiǎn)化操作,大大地提高了工作效率及方便了裝卸船作業(yè)。下面分三部分對(duì)改造后電氣系統(tǒng)進(jìn)行敘述。
一、控制系統(tǒng)硬件配置
該機(jī)改造后的控制硬件配置主要由操縱手柄、PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)及其它電
氣單元組成。如下(圖1)所示:
我們采用日本歐姆龍PLC與日本安川變頻器,取代了原有的電氣元件。我利用PLC代替了繼電器邏輯控制,使可靠性大為提高,用變頻器調(diào)速解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速存在的起動(dòng)電流大、電氣元件故障率高、調(diào)速范圍窄的問(wèn)題。
二、PLC控制系統(tǒng)
(1)PLC選擇
PLC是通過(guò)監(jiān)視輸入信號(hào)和提供輸出信號(hào)進(jìn)行工作的,根據(jù)原系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)輸入,輸出信號(hào)的作用及數(shù)量,結(jié)合改造要求選擇PLC型號(hào)規(guī)格。通過(guò)對(duì)本機(jī)工況的了解,實(shí)際需要輸入點(diǎn)84個(gè),輸出點(diǎn)需要40個(gè)??蛇x用歐姆龍C200HE系列PLC,輸入模塊選用IA222,16個(gè)點(diǎn),輸出模塊選用OC225,16個(gè)點(diǎn),但是考慮輸入或輸出點(diǎn)壽命的問(wèn)題及日后系統(tǒng)擴(kuò)展的需要,故實(shí)際中使用6個(gè)輸入模塊共96點(diǎn),4個(gè)輸出模塊共64點(diǎn)。這樣可以大大滿足日后要求。
(2)PLC輸入 輸出`模塊化(I/o圖)設(shè)計(jì)
為了直觀,看圖方便,使用每一個(gè)模塊分組設(shè)計(jì),如咐圖紙MQ4035—C2至MQ4035—C12所示。第一二組模塊作為起升、行走、變幅、回轉(zhuǎn)操縱手柄信號(hào)輸入點(diǎn),第三、四、五、六組作為各機(jī)構(gòu)運(yùn)行電路條件,保護(hù)限位,及機(jī)構(gòu)保護(hù)回檢測(cè)電路的信號(hào)輸入點(diǎn)。第七、八組模塊作為起升、行走、變幅、回轉(zhuǎn)檔位信號(hào)輸出點(diǎn)。第九、十組模塊作為中繼及指示燈信號(hào)輸出點(diǎn)。這樣需要更換模塊也比較方便。
(3)PLC軟件的使用
PLC程序采用歐姆龍CX-Programm versin3.0軟件程序來(lái)編寫(xiě)的,此軟件可以分不同項(xiàng)目名稱來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)的,項(xiàng)目分為:電源、起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走五部分編寫(xiě),這樣看起來(lái)比較直觀,而且我們維修中也相當(dāng)方便。具體梯形圖請(qǐng)看咐梯形圖紙的各部分程序。
三、變頻器調(diào)速系統(tǒng)
在裝卸作業(yè)中,機(jī)械是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行總是和其各個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)在一起的,電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)兩者之間的機(jī)械活動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)機(jī)電運(yùn)行整體,在選用變頻器調(diào)速時(shí)考慮電動(dòng)機(jī)特性與實(shí)際各機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。因本起重機(jī)有四個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu),不同的機(jī)構(gòu)需選擇各種不同功率的變頻器。我們選擇了日本安川公司VARIPEED—616G5系列高性能變頻器。下面將具體從起升機(jī)構(gòu)敘述變頻器的控制原理,其它機(jī)構(gòu)變幅、旋轉(zhuǎn)、行走與起升基本相同。
(1)起升機(jī)構(gòu)
在起重機(jī)中,其核心是起升機(jī)構(gòu),它是個(gè)位能變動(dòng)性負(fù)載,因此,要求系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能,這樣才能使貨物平穩(wěn),安全可靠。如果利用原有繞線式電動(dòng)機(jī)使用變頻調(diào)速控制是很難滿足條件的,故此電動(dòng)機(jī)必需更換成更具有優(yōu)越性,高性能的變頻專用電動(dòng)機(jī),選用了132kw電動(dòng)機(jī),故選用型號(hào)為CIMR-G5A4185變頻器。帶PG—B2速度反饋卡進(jìn)行閉環(huán)矢量控制,系統(tǒng)具有足夠的硬度和良好的低頻轉(zhuǎn)矩特性。即使在0HZ電動(dòng)機(jī)也能以150%額定轉(zhuǎn)矩輸出,且速度控制精度達(dá)到1:1000。因采用了變頻器控制,制動(dòng)器的松閘和抱閘都由變頻器給出的信號(hào)來(lái)控制,采用閉環(huán)控制后,變頻器中加了PG—B2速度反饋卡可以很好的檢測(cè)到脈沖編碼器發(fā)生的信號(hào),從而檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)零速抱閘。這樣就可以大大的延長(zhǎng)制動(dòng)器閘瓦、減速箱、鋼絲繩的壽命。
起升機(jī)構(gòu)控制線路見(jiàn)咐圖紙:MQ4035-H1~MQ4035-H3;
在起升機(jī)構(gòu)變頻器的控制回路端子的連接電路圖如下(圖2):
其中用到數(shù)子字輸入端1號(hào)2號(hào),多功能輸入端子4、6、7、11號(hào),多功能輸出端子9、10、18、19號(hào),其中1號(hào)和2號(hào)端子為變頻器定義好的正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)端子,其中1號(hào)或2號(hào)端子與11號(hào)公共端子接通時(shí),電動(dòng)機(jī)作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)行,不接通時(shí)電動(dòng)機(jī)停止。4號(hào)端子在變頻器出廠時(shí)默認(rèn)為故障復(fù)位,實(shí)際設(shè)計(jì)也是故障復(fù)位,所以變頻器參數(shù)中H1—02不用更改,6號(hào)端子7號(hào)端子分別定義為多速1、多速2。變頻器中參數(shù)相應(yīng)改為H1—04=3 , H1—05=4其中6號(hào)7號(hào)端子都與11號(hào)公共端子不接通時(shí)變頻器輸出速度1;6號(hào)端子與11號(hào)公共端子接通,7號(hào)不接通時(shí),變頻器輸出速度2;6號(hào)不接通,7號(hào)接通時(shí),變頻器輸出速度3;6號(hào)、7號(hào)端子都同時(shí)接通時(shí),變頻器輸出速度4。其中在變頻中d1-01、d1-02、d1-03、d1-04中分別設(shè)定4種速度的頻率。9號(hào)10號(hào)端子為運(yùn)行頻率檢出信號(hào),則H2-01設(shè)為的37,有頻率輸出時(shí)9號(hào)10號(hào)端子接通。當(dāng)變頻器有故障時(shí)18號(hào)20號(hào)端子由常開(kāi)變?yōu)槌i]信號(hào),信號(hào)反饋到PLC使起升機(jī)構(gòu)停止工作。
(2)變幅機(jī)構(gòu)
變幅機(jī)構(gòu)控制線路見(jiàn)咐圖紙:MQ4035-L1~MQ4035-L3;
變幅機(jī)構(gòu)也是一個(gè)位能變動(dòng)性負(fù)載,使用一臺(tái)22KW變頻專用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。選用CIMR-G5A4037變頻器,利用交流變頻調(diào)速,開(kāi)環(huán)V/F控制模式。
(3)旋轉(zhuǎn)/行走機(jī)構(gòu)
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制線路見(jiàn)咐圖紙:MQ4035-S1~MQ4035-S3;
行走機(jī)構(gòu)控制線路見(jiàn)咐圖紙:MQ4035-G1~MQ4035-G3;
(a)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu):原旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是2臺(tái)22KW繞線式電動(dòng)機(jī),考慮改造中既要節(jié)約成本開(kāi)支,又能滿足技術(shù)和生產(chǎn)要求的情況下,將原來(lái)電動(dòng)機(jī)不更換,分別把兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組抽頭端子短接,去除原來(lái)的電阻不要,可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的要求。
(b)行走機(jī)構(gòu):行走機(jī)構(gòu)是非工作性機(jī)構(gòu)亦是這次改造加裝的機(jī)構(gòu),左腿與右腿共使用了8臺(tái)變頻專用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
在本起重機(jī)工作中,防止事故的發(fā)生,旋轉(zhuǎn)與行走機(jī)構(gòu)是不能同時(shí)運(yùn)行的。且經(jīng)計(jì)算,旋轉(zhuǎn)總功率為:2臺(tái)X22KW=44KW;行走總功率為:8臺(tái)X5.5KW=44KW;鑒于以上因素,故采用共用一臺(tái)變頻器調(diào)速,使用CIMR-G5A4075變頻器,利用交流變頻調(diào)速,開(kāi)環(huán)V/F控制模式。
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四、結(jié)后語(yǔ)
本起重機(jī)改造后已運(yùn)行有三個(gè)多月了,一切性能穩(wěn)定良好,維護(hù)工作量也減小。與改造前比較有以下優(yōu)點(diǎn):
1、制動(dòng)器閘瓦損耗少,制動(dòng)輪無(wú)磨擦發(fā)熱現(xiàn)象。
2、在機(jī)械機(jī)構(gòu)方面,減速器和傳動(dòng)部份噪音減少了。
3、在節(jié)能方面,改造前每月用電量6640度左右,改造后用電量5680度左右,大概節(jié)約了14.5%。
4、改造后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間檢查,鋼絲繩磨損的程度大大減少。
5、通過(guò)使用PLC、變頻器控制后,在檢修中十分方便快捷。
6、據(jù)司機(jī)駕駛反應(yīng),整機(jī)運(yùn)行中較平穩(wěn),工作效率也相對(duì)提高。
致謝:
在撰寫(xiě)中得到了廣東工業(yè)大學(xué)梁耀光教授和劉守操教授等專家的具體指導(dǎo),使我掌握了很多寶貴的知識(shí),在此表示衷心的感謝!因水平能力不足,本文中難免存在不足之處,望各位專家、教授多多指正。謝謝!
評(píng)論
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