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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
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变频器展厅
矢量变频器, 变频调速设备, ...
摘要:针对桥式起重机传统电控系统存在的问题,结合现场生产实际,利用PLC变频器进行改造,取得了很好的效果,具有较强的推广价值。
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。

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图1 桥式起重机控制原理框图

(1)PLC 具有闭锁启动功能,司机在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位、进出门的门限开关到位,才能接通主电源。操作主令开关上有设备状态指示屏,显示设备的当前状态及各种故障信息。

(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。

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改造后电气控制系统除保留原凸轮控制器、各电机以及液压抱闸外,各控制柜和各继电器、接触器一律取消,将电机滑环处短接;变频器采用Rockwell 公司PowerFlex系列变频器,为了减少平移过程中可能造成的瞬间断电影响,给每一台变频器增加一台进线电抗器。

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)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/29/2011)
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