橋式起重機(jī)的自動化節(jié)能造

　　摘 要：對天車使用和維護(hù)過程中，對天車的電力消耗大、設(shè)備故障率高、電器配件損耗大等問題進(jìn)行分析，并通過改進(jìn)電氣控制系統(tǒng)解決問題。
　　關(guān)鍵詞：天車 大車 小車 PLC 變頻器 電動機(jī)
　　中圖分類號：TN77文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0082-01
　　天車也稱橋式起重機(jī)，用來起吊、放下和水平搬運重物的設(shè)備，由大車、小車、減速機(jī)、電動機(jī)、控制系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成。它的運轉(zhuǎn)情況好壞直接影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)，甚至還會影響到工人的人身安全。
　　1 天車產(chǎn)生各種故障的原因分析
　　天車產(chǎn)生故障的原因主要有4個方面：（1）天車的升降及小車、大車起動、停止過快，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊很大，設(shè)備的使用壽命縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運行可靠性較低。（2）所用電動機(jī)容量大，起動電流對電網(wǎng)沖擊過大，而且電動機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，電能太浪費。（3）天車每天需進(jìn)行大量的搬運工作，其主要控制元件交流接觸器用來接入和斷開電動機(jī)轉(zhuǎn)子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流較大的狀態(tài)下，容易燒壞觸頭、線圈。同時因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的銅電阻因灰塵、設(shè)備振動等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設(shè)備故障率比較高，維修工作量比較大。（4）操作人員常反復(fù)操作，電流過大，降低了電器元件和電動機(jī)的使用壽命。
　　2 對現(xiàn)有天車控制系統(tǒng)的改進(jìn)
　　2.1 天車拖動系統(tǒng)改造要點
　?。?）電動機(jī)的選型：①升降用電動機(jī)要求比較高，應(yīng)選用變頻專用的籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。②大車與小車所用電動機(jī)要求不高，選用普通的籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)即可。原設(shè)備系統(tǒng)采用的是繞線式異步電動機(jī)，通過短接轉(zhuǎn)子回路使用。（2）調(diào)速方法改造：采用目前國際最先進(jìn)的有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。經(jīng)過變頻后轉(zhuǎn)速能夠分級控制，從低到高逐步切換，就能夠有效的防止電動機(jī)的全轉(zhuǎn)矩啟動。（3）制動方式改造：天車的改造不但要準(zhǔn)確制動實現(xiàn)自動控制，還要防止突發(fā)事件，因此在這里采用再生制動、直流制動和電磁機(jī)械制動相結(jié)合的方法，這種方法有兩個優(yōu)點：①重物在半空中停留時，電磁制動器能在斷電時使重物靜止。②通過變頻器系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和起重機(jī)的速度迅速而準(zhǔn)確地降到0。
　　2.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造要點
　　天車系統(tǒng)運行控制中最重要的是防止溜鉤。這就需要從以下幾方面著手：（1）電磁制動器從通電到斷電用時大約0.6s。如果變頻器過早停止輸出，就會出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。（2）在電磁制動器抱閘時，變頻器不能輸出較高頻率，為了防止發(fā)生“過流”跳閘誤動作。采取如下控制措施：1）對于重物空中停止的控制：①設(shè)定“停止起始頻率”5Hz，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到5Hz時，變頻器輸出“頻率到達(dá)信號”，也就是制動電磁鐵斷電指令，使電磁鐵斷電制動。②另外將5Hz的維持時間設(shè)為M5vodwe+1MUHI24aQLnjkg==0.8s，略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱閘的時間0.6s。③經(jīng)過0.8s之后，變頻器工作頻率下降到0HZ，這時天車主鉤電動機(jī)停止工作。2）重物升降的過程：①設(shè)定‘升降起始頻率’5Hz，變頻器工作頻率上升到5Hz之前，天車主鉤電動機(jī)不動作。②當(dāng)工作頻率達(dá)到5Hz時，變頻器開始檢測電流，設(shè)檢測電流的時間為0.3s，當(dāng)檢測到變頻器有足夠大的輸出電流時，發(fā)出‘松開指令’，使制動電磁鐵開始通電。③操作中，還要設(shè)定一個‘升降起始頻率’，將維持時間設(shè)0.8s，略大于制動電磁鐵從通電到完全松開所需要的時間。④當(dāng)變頻器工作頻率上升到所需頻率后，天車開始起升重物。
　　2.3 變頻器的零速全轉(zhuǎn)矩功能和直流制動勵磁功能
　　（1）零速全轉(zhuǎn)矩功能變頻器可以在速度為0時，保持電動機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩。這一功能保證了起重機(jī)升降運動的速度為0時，重物能在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住，防止溜鉤現(xiàn)象的發(fā)生。（2）起動前的直流強(qiáng)勵磁功能變頻器在起動前自動進(jìn)行直流強(qiáng)勵磁。使電動機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩，維持重物在空中的停住狀態(tài)，保證電磁制動器在釋放過程中不會產(chǎn)生溜鉤。
　　2.4 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)分析
　?。?）大、小車機(jī)構(gòu)小車由單臺2.2kW電動機(jī)拖動，由一臺3.7kW變頻器控制；大車為雙梁結(jié)構(gòu)，分別由兩臺7.5kW電動機(jī)拖動，用一臺較大的20kW變頻器控制；起重機(jī)升降由一臺45kW電動機(jī)驅(qū)動，選用一臺較大的50kW變頻器。（2）制動單元和制動電阻對于重物下降時電動機(jī)再生的電能，由變頻器外接制動單元和制動電阻消耗掉。針對天車升降機(jī)構(gòu)起、降制動頻繁，要求制動轉(zhuǎn)矩較大，及下降時制動狀態(tài)持續(xù)時間較長等特點，原來的電磁制動系統(tǒng)不作改變。（3）變頻器選擇：選用ABB公司生產(chǎn)的ACS800，ACS550系列變頻器。采用變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)調(diào)速，根據(jù)異步電動機(jī)的額定電流，或者根據(jù)異步電動機(jī)實際運行的最大電流值來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（1.05-1.10）電動機(jī)的額定電流或電動機(jī)實際運行中的最大電流。I1nv≥（1.05-1.10）In或Imax；式中I1nv為變頻器額定輸出電流；In為電動機(jī)的額定電流；Imax為電動機(jī)實際最大電流。
　　2.5 變頻器參數(shù)的設(shè)定
　　主鉤變頻器多段速度設(shè)定：將Pr4設(shè)定為50Hz，Pr5設(shè)定為20Hz，Pr6設(shè)定為5Hz（Pr4.Pr5.Pr6為變頻器高.中.低速設(shè)定），Pr7設(shè)定為外部控制模式3。
　　2.6 可編程序控制器的選擇
　　在本系統(tǒng)中選用了西門子公司生產(chǎn)的ST-300系列PLC，PLC按輸入控制信號，控制程序，輸出控制信號等來完成起重機(jī)各種工況的協(xié)調(diào)，并決定起重機(jī)的各種工作狀態(tài)。PLC的控制系統(tǒng)軟件采用ST-300的梯形圖語言來編程設(shè)計完成。
　　2.7 控制電路改造
　　天車控制方面如下：打開控制手柄開關(guān)，主接觸器得電，被控設(shè)備包括PLC及所有三個變頻器，這時按下控制手柄啟動鍵，PLC運行，天車投入工作，按下控制手柄停止鍵，PLC斷電，天車停止運行，在天車中，采用點動控制，主鉤電動機(jī)和電磁鐵線圈互鎖。
　　3 結(jié)語
　　經(jīng)過變頻器調(diào)速控制改造后的天車保護(hù)功能增強(qiáng)，工作可靠性顯著提高，節(jié)能效果十分可觀，調(diào)速質(zhì)量明顯提高。降低了設(shè)備維護(hù)成本，為企業(yè)的正常生產(chǎn)提供了有力保障，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
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