鑄造起重機(jī)整車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要 以煉鋼廠大型起重機(jī)控制系統(tǒng)改造為背景，闡述了SIMENS S7系列PLC自動(dòng)化軟件的應(yīng)用及新技術(shù)、新控制方式在系統(tǒng)中的應(yīng)用等內(nèi)容。結(jié)合起重機(jī)安全控制、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)起重機(jī)電氣控制方式、安裝方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是老式起重機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造的一次成功案例。

關(guān)鍵詞 起重機(jī)；控制系統(tǒng)升級(jí)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0018-03

太鋼不銹股份公司煉鋼二廠125/32t、140/32t鑄造起重機(jī)分別于20世紀(jì)80年代末期投入使用，鑒于當(dāng)時(shí)的條件，系統(tǒng)控制采用XQR及PQR轉(zhuǎn)子串電阻驅(qū)動(dòng)，接觸器、繼電器控制方式。控制方式落后，控制精度低，機(jī)械沖擊大，并且長(zhǎng)時(shí)間使用電氣系統(tǒng)老化嚴(yán)重，故障率較高。煉鋼工藝革新改變，生產(chǎn)節(jié)奏加快，作為煉鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)重要部分的鑄造起重機(jī)對(duì)整個(gè)煉鋼生產(chǎn)極其重要，鑄造起重機(jī)的穩(wěn)定高效工作對(duì)整個(gè)煉鋼正常生產(chǎn)意義重大。因此對(duì)煉鋼環(huán)節(jié)的鑄造起重機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行整體升級(jí)改造迫在眉睫。為達(dá)到這些目的，采用可靠的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法進(jìn)行整體改造是必要的。經(jīng)過詳細(xì)的前期論證，嚴(yán)密的設(shè)計(jì)、選型，高效可靠的現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，先后完成了6臺(tái)鑄造起重機(jī)整車電氣系統(tǒng)的升級(jí)改造。

此次鑄造起重機(jī)整車電氣系統(tǒng)升級(jí)改造，結(jié)合鑄造起重機(jī)的使用特點(diǎn)，采用了很多國內(nèi)一流的新產(chǎn)品，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況采用和很多新技術(shù)、新方法，與同行業(yè)相比進(jìn)行了很多創(chuàng)新應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)使用，運(yùn)行情況穩(wěn)定可靠，解決現(xiàn)場(chǎng)以往存在問題，達(dá)到整體改造的目標(biāo)要求。

1 整體改造方案概述

本次鑄造起重機(jī)整車電氣系統(tǒng)改造，整車采用SIEMENS S7-300 PLC進(jìn)行集中控制，同時(shí)設(shè)置了PLC異常情況下的應(yīng)急操作盒。起升機(jī)構(gòu)采用MH THYROMAT BDCH以及10BCCH調(diào)壓調(diào)速裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且設(shè)置了旁路控制系統(tǒng)，在裝置異常的情況下進(jìn)行短時(shí)間工作。平移機(jī)構(gòu)（主小車、副小車、大車）采用MVCAN變頻調(diào)速裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且主小車機(jī)構(gòu)設(shè)置了一用一備兩臺(tái)變頻器，在一臺(tái)變頻器異常情況下可以切換到另外一臺(tái)變頻器工作；大車機(jī)構(gòu)設(shè)置了兩臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)南梁、北梁各兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

司機(jī)室內(nèi)設(shè)置MP277 PANEL 觸摸屏，在PLC系統(tǒng)工作正常下對(duì)整車電氣系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且將PLC內(nèi)部邏輯故障點(diǎn)進(jìn)行顯示，便于查找判斷PLC工作正常情況下各機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)；主梁內(nèi)設(shè)置起重機(jī)信息系統(tǒng)CIMS工作站，對(duì)起重機(jī)工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及記錄。整車采用Profibus總線通訊方式進(jìn)行控制檢測(cè)，同時(shí)具備總線故障時(shí)旁路控制功能；考慮網(wǎng)絡(luò)在起重機(jī)上的干擾影響，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了應(yīng)急操作系統(tǒng)，獨(dú)立于PLC操作，在PLC系統(tǒng)故障是可以快速進(jìn)行起重機(jī)操作。

2 設(shè)計(jì)說明

2.1 冗余控制方式設(shè)計(jì)

1）整車各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制采用I/O端子控制方式與PROFIBUS-DP總線通訊控制方式兩種控制方式，兩種控制方式通過控制屏上轉(zhuǎn)換開關(guān)（I/O控制/BUS控制）—進(jìn)行切換，即既可以通過I/O端子—指令繼電器，對(duì)各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出啟動(dòng)、停止指令，以及各檔位指令信號(hào)；亦可以通過PROFIBUS-DP總線通訊傳輸控制字、及參考數(shù)據(jù)對(duì)各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出啟動(dòng)、停止指令，以及各檔位參考速度；兩種控制方式在設(shè)計(jì)過程中通過裝置控制的模式的確認(rèn)以及PLC內(nèi)部相互聯(lián)鎖確保裝置指令接收的唯一。

I/O端子控制方式直觀，便于機(jī)構(gòu)工作異常時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的排查，正常工作時(shí)采用I/O端子控制方式，此時(shí)PROFIBUS-DP總線通訊將各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部詳細(xì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且通過PLC系統(tǒng)設(shè)置的CP343-1工業(yè)以太網(wǎng)模塊，通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與MHCIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)傳輸信息。

當(dāng)I/O端子控制環(huán)節(jié)—如指令繼電器、PLC輸出模塊、電纜等出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)通過控制屏上轉(zhuǎn)換開關(guān)（I/O控制/BUS控制）—進(jìn)行切換，切換為PROFIBUS-DP總線控制方式，繼續(xù)正常操作有關(guān)機(jī)構(gòu)，降低故障異常停車時(shí)間，降低起重機(jī)異常停車對(duì)煉鋼生產(chǎn)的影響，因此控制方式的冗余在起重機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中值得推廣。

2）應(yīng)急操作。

電氣系統(tǒng)整車采用SIEMENS S7-300 PLC進(jìn)行集中控制，司機(jī)室設(shè)置ET200遠(yuǎn)程站，PLC系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的，但是由于鑄造起重機(jī)高溫、粉塵、震動(dòng)、滑線電壓波動(dòng)大等特殊使用工況，PLC系統(tǒng)出現(xiàn)異常的可能性是存在的，特別是通訊等偶爾出現(xiàn)異常，現(xiàn)場(chǎng)操作維護(hù)人員難以在短時(shí)間進(jìn)行排查處理，容易影響生產(chǎn)甚至造成事故，因此在此次改造中設(shè)置了應(yīng)急操作盒以及相應(yīng)的控制電路，滿足在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況下的起重機(jī)操作運(yùn)行要求。

應(yīng)急操作部件—應(yīng)急按鈕盒的連接簡(jiǎn)便：通過專門設(shè)計(jì)的航空插頭可簡(jiǎn)便快速連接，控制方式的切換方便，為確保系統(tǒng)的安全，僅將PLC系統(tǒng)的電源斷路器斷開即可進(jìn)行應(yīng)急操作。

圖1 應(yīng)急操作盒

鑒于應(yīng)急操作的原因—PLC出現(xiàn)異常，因此應(yīng)急操作對(duì)各機(jī)構(gòu)僅通過I/O端子控制，同時(shí)應(yīng)急操作設(shè)計(jì)具備相應(yīng)的安全保護(hù)，滿足起重機(jī)安全操作。應(yīng)急按鈕盒以及連接航空插頭如圖1。

應(yīng)急操作便于快速開動(dòng)起重機(jī)，降低甚至杜絕次生事故危害，對(duì)相應(yīng)場(chǎng)合鑄造起重機(jī)具備推廣價(jià)值。

2.2 控制屏安裝新方法

鑄造起重機(jī)電氣系統(tǒng)一般放置于電氣主梁內(nèi)，由于鑄造起重機(jī)的作業(yè)率很高，各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度較高，載荷變化很大，起重機(jī)級(jí)別很高，工況復(fù)雜，并且大車軌道的實(shí)際安裝使用情況—接頭縫隙、旁彎等各有不同，因此如果電氣梁內(nèi)采用傳統(tǒng)安裝固定方式—焊接、直接螺栓固定，電氣控制屏內(nèi)電氣元件、部件的就會(huì)受到很大機(jī)械沖擊，對(duì)相應(yīng)的電氣元件、部件本體觸點(diǎn)、線路接觸及使用壽命都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。endprint

鑒于上述分析，在此次改造過程中，控制屏的安裝固定設(shè)計(jì)采用緩沖減震器件安裝，經(jīng)過專業(yè)的計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝要求，緩沖減震器件采用3.5 mm聚氨酯減震墊，聚氨酯減震墊分別放置于控制屏底部以及上部后方，對(duì)控制屏的垂直方向、水平方向的沖擊吸收降低，如圖2所示。

圖2 控制屏安裝方法示意圖

經(jīng)過安裝后的實(shí)際使用，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，控制屏的沖擊晃動(dòng)得到很大的降低，因此通過以往現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，對(duì)電氣元件、部件使用狀況有很大的改善，大大提高其工作穩(wěn)定性并延長(zhǎng)了元件使用壽命。

2.3 在電氣室安裝CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)工作站

CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)通過專業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)控、元器件壽命監(jiān)測(cè)記錄，操作過程、機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況、故障報(bào)警、運(yùn)行數(shù)據(jù)的曲線記錄，便于對(duì)起重機(jī)的設(shè)備運(yùn)行狀況以及操作情況的分析，對(duì)故障進(jìn)行再現(xiàn)追蹤及理論分析，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理。未來還可以通過工業(yè)無線通訊連接至地面數(shù)據(jù)中心與ERP、MES等企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)包含行車在內(nèi)的全流程生產(chǎn)調(diào)度。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS為管理者提供了一種全新的起重機(jī)管理模式，CIMS能夠幫助管理者及時(shí)了解起重機(jī)各部分工作狀態(tài)，提高設(shè)備維護(hù)和故障處理分析的效率，是保障起重機(jī)安全和提高起重機(jī)工作效率的最佳選擇。同時(shí)CIMS使得起重機(jī)與整個(gè)生產(chǎn)流程的信息交換實(shí)現(xiàn)了無縫連接，CIMS通過無線連接到地面數(shù)據(jù)中心。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求為根本，側(cè)重點(diǎn)檢技術(shù)人員的操作應(yīng)用，可以為點(diǎn)檢維護(hù)人員提供詳細(xì)的設(shè)備運(yùn)行信息，為設(shè)備管理者提供第一手的分析決策資料，同時(shí)考慮公司、廠信息化建設(shè)及ERP、MES擴(kuò)展需求，預(yù)留接口及功能，為將來實(shí)現(xiàn)煉鋼廠行車調(diào)度與生產(chǎn)組織調(diào)度一體化打下了良好的基礎(chǔ)。如圖3所示。

圖3 起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS

2.4 整車電氣接地網(wǎng)

2.4.1 整車接地網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

此次起重機(jī)電氣系統(tǒng)改造，采用了大量的智能調(diào)速裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，并且分布于起重機(jī)的不同部位，各用電設(shè)備的安全用電、人員安全必須滿足，因此起重機(jī)上需要設(shè)計(jì)敷設(shè)可靠的接地網(wǎng)絡(luò)，按照接地要求設(shè)置安全保護(hù)地、儀表地等。接地網(wǎng)絡(luò)具體設(shè)置：

1）不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備設(shè)置專門的接地等電位連接地線，確保不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備參考電位一致；并且PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備—PLC-CPU部分接地與主梁主接地點(diǎn)連接。

2）各機(jī)構(gòu)控制屏內(nèi)用電設(shè)備保護(hù)接地與主梁主接地點(diǎn)連接，由于主梁與端梁系機(jī)械鉸鏈及高強(qiáng)螺栓連接，因此采用滿足主接地要求截面的電纜與端梁進(jìn)行連接，確保電氣連接。

3）端梁與端梁兩側(cè)下部設(shè)置專門設(shè)計(jì)的接地滑塊裝置采用滿足主接地要求截面的電纜進(jìn)行連接，滿足與廠房結(jié)構(gòu)大地良好的連接。

上述接地網(wǎng)絡(luò)的主接地點(diǎn)，需要與廠房供電的大地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的連接。

由于此次改造起重機(jī)的供電采用三相三線方式供電方式，無法提供可靠的接地。

改造起重機(jī)工作的廠房的設(shè)計(jì)年代較久，而且之前起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無專門接地要求，目前大部分使用的起重機(jī)供電方式采用三相三線方式，無專門可靠的接地滑觸線，所以采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)，是通過大車車輪、大車軌道與廠房接地系統(tǒng)連接，由于車輪系統(tǒng)的滾動(dòng)，軸承以及踏面的接觸，可知采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)不是可靠連續(xù)連接的。在常規(guī)傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制方式下，接地系統(tǒng)正常與否作用不明顯。但在大量采用自動(dòng)化儀器儀表、變頻裝置及大量使用網(wǎng)絡(luò)通訊微機(jī)控制的情況下，接地是否可靠直接影響設(shè)備運(yùn)行狀況。因此專門設(shè)計(jì)了全車接地網(wǎng)，并增加車體輔助接地裝置。

全車接地網(wǎng)根據(jù)行車的結(jié)構(gòu)及每個(gè)電氣盤柜特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槎肆菏侨嚱拥仄鹗键c(diǎn)，也是接地最可靠的部位，所以從端梁處往電氣室和司機(jī)室分別布置25平方的地線，然后從電氣室和司機(jī)室再分別引到各電氣盤，同時(shí)各節(jié)點(diǎn)處同時(shí)與車體相連，分支線路使用10平方和6平方的接地線，保證了各處等電位且接地良好，為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件。此次改造的起重機(jī)接地網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖4 接地網(wǎng)路示意圖

2.4.2 專門設(shè)計(jì)加工制作的輔助接地裝置

此次改造中為了更可靠的接地，以確保各自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定工作，還專門設(shè)計(jì)了專用輔助接地裝置。如圖5所示，專門設(shè)計(jì)的輔助接地裝置，通過設(shè)置在兩側(cè)端梁機(jī)械緩沖器下部的專用柔性連接的與大車軌道滑觸聯(lián)系的接地裝置，保證起重機(jī)大車車體與廠房大地的良好連接，確保起重機(jī)的接地系統(tǒng)的正常，對(duì)操作維護(hù)人員的人身安全、用電設(shè)備的正常運(yùn)行，提供良好的接地系統(tǒng)。專用輔助接地裝置，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，不影響起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、使用安全等。

專用輔助接地裝置的安裝于起重機(jī)大車機(jī)械緩沖器下部，采用角鋼槽鋼螺栓連接的滑塊與大車軌道實(shí)現(xiàn)可靠的接地連接，滑塊材料采用耐磨導(dǎo)電性能良好的球墨鑄鐵材料，并且滑塊滑槽兩側(cè)加工較大的倒角，以及采用兩端彈性支撐牽引設(shè)計(jì)，確保在大車軌道接頭、旁彎部分滑塊能夠順利通過，避免卡阻，保證接地功能的良好使用以及周邊設(shè)備人員的安全。

圖5 新型輔助接地裝置示圖

綜合上述此次起重機(jī)整體電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了變頻、調(diào)壓、PLC、CIMS等新產(chǎn)品，大量使用了以太網(wǎng)、PROFIBUS通訊、新型網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)抗干擾等新技術(shù)、新方法，上述新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法在鑄造起重機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造使用中具有明顯的現(xiàn)場(chǎng)使用意義，解決了以往鑄影響造起重機(jī)使用中的很多典型問題，如機(jī)械沖擊損壞、電氣元件壽命短、調(diào)速性能差、精度低等。在冶金企業(yè)鑄造起重機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中具備很好推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]傅德源.實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]白玉岷.電氣工程安全技術(shù)及實(shí)施[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介

賈延龍（1976-），男，工程師，本科。endprint

鑒于上述分析，在此次改造過程中，控制屏的安裝固定設(shè)計(jì)采用緩沖減震器件安裝，經(jīng)過專業(yè)的計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝要求，緩沖減震器件采用3.5 mm聚氨酯減震墊，聚氨酯減震墊分別放置于控制屏底部以及上部后方，對(duì)控制屏的垂直方向、水平方向的沖擊吸收降低，如圖2所示。

圖2 控制屏安裝方法示意圖

經(jīng)過安裝后的實(shí)際使用，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，控制屏的沖擊晃動(dòng)得到很大的降低，因此通過以往現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，對(duì)電氣元件、部件使用狀況有很大的改善，大大提高其工作穩(wěn)定性并延長(zhǎng)了元件使用壽命。

2.3 在電氣室安裝CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)工作站

CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)通過專業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)控、元器件壽命監(jiān)測(cè)記錄，操作過程、機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況、故障報(bào)警、運(yùn)行數(shù)據(jù)的曲線記錄，便于對(duì)起重機(jī)的設(shè)備運(yùn)行狀況以及操作情況的分析，對(duì)故障進(jìn)行再現(xiàn)追蹤及理論分析，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理。未來還可以通過工業(yè)無線通訊連接至地面數(shù)據(jù)中心與ERP、MES等企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)包含行車在內(nèi)的全流程生產(chǎn)調(diào)度。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS為管理者提供了一種全新的起重機(jī)管理模式，CIMS能夠幫助管理者及時(shí)了解起重機(jī)各部分工作狀態(tài)，提高設(shè)備維護(hù)和故障處理分析的效率，是保障起重機(jī)安全和提高起重機(jī)工作效率的最佳選擇。同時(shí)CIMS使得起重機(jī)與整個(gè)生產(chǎn)流程的信息交換實(shí)現(xiàn)了無縫連接，CIMS通過無線連接到地面數(shù)據(jù)中心。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求為根本，側(cè)重點(diǎn)檢技術(shù)人員的操作應(yīng)用，可以為點(diǎn)檢維護(hù)人員提供詳細(xì)的設(shè)備運(yùn)行信息，為設(shè)備管理者提供第一手的分析決策資料，同時(shí)考慮公司、廠信息化建設(shè)及ERP、MES擴(kuò)展需求，預(yù)留接口及功能，為將來實(shí)現(xiàn)煉鋼廠行車調(diào)度與生產(chǎn)組織調(diào)度一體化打下了良好的基礎(chǔ)。如圖3所示。

圖3 起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS

2.4 整車電氣接地網(wǎng)

2.4.1 整車接地網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

此次起重機(jī)電氣系統(tǒng)改造，采用了大量的智能調(diào)速裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，并且分布于起重機(jī)的不同部位，各用電設(shè)備的安全用電、人員安全必須滿足，因此起重機(jī)上需要設(shè)計(jì)敷設(shè)可靠的接地網(wǎng)絡(luò)，按照接地要求設(shè)置安全保護(hù)地、儀表地等。接地網(wǎng)絡(luò)具體設(shè)置：

1）不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備設(shè)置專門的接地等電位連接地線，確保不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備參考電位一致；并且PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備—PLC-CPU部分接地與主梁主接地點(diǎn)連接。

2）各機(jī)構(gòu)控制屏內(nèi)用電設(shè)備保護(hù)接地與主梁主接地點(diǎn)連接，由于主梁與端梁系機(jī)械鉸鏈及高強(qiáng)螺栓連接，因此采用滿足主接地要求截面的電纜與端梁進(jìn)行連接，確保電氣連接。

3）端梁與端梁兩側(cè)下部設(shè)置專門設(shè)計(jì)的接地滑塊裝置采用滿足主接地要求截面的電纜進(jìn)行連接，滿足與廠房結(jié)構(gòu)大地良好的連接。

上述接地網(wǎng)絡(luò)的主接地點(diǎn)，需要與廠房供電的大地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的連接。

由于此次改造起重機(jī)的供電采用三相三線方式供電方式，無法提供可靠的接地。

改造起重機(jī)工作的廠房的設(shè)計(jì)年代較久，而且之前起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無專門接地要求，目前大部分使用的起重機(jī)供電方式采用三相三線方式，無專門可靠的接地滑觸線，所以采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)，是通過大車車輪、大車軌道與廠房接地系統(tǒng)連接，由于車輪系統(tǒng)的滾動(dòng)，軸承以及踏面的接觸，可知采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)不是可靠連續(xù)連接的。在常規(guī)傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制方式下，接地系統(tǒng)正常與否作用不明顯。但在大量采用自動(dòng)化儀器儀表、變頻裝置及大量使用網(wǎng)絡(luò)通訊微機(jī)控制的情況下，接地是否可靠直接影響設(shè)備運(yùn)行狀況。因此專門設(shè)計(jì)了全車接地網(wǎng)，并增加車體輔助接地裝置。

全車接地網(wǎng)根據(jù)行車的結(jié)構(gòu)及每個(gè)電氣盤柜特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槎肆菏侨嚱拥仄鹗键c(diǎn)，也是接地最可靠的部位，所以從端梁處往電氣室和司機(jī)室分別布置25平方的地線，然后從電氣室和司機(jī)室再分別引到各電氣盤，同時(shí)各節(jié)點(diǎn)處同時(shí)與車體相連，分支線路使用10平方和6平方的接地線，保證了各處等電位且接地良好，為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件。此次改造的起重機(jī)接地網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖4 接地網(wǎng)路示意圖

2.4.2 專門設(shè)計(jì)加工制作的輔助接地裝置

此次改造中為了更可靠的接地，以確保各自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定工作，還專門設(shè)計(jì)了專用輔助接地裝置。如圖5所示，專門設(shè)計(jì)的輔助接地裝置，通過設(shè)置在兩側(cè)端梁機(jī)械緩沖器下部的專用柔性連接的與大車軌道滑觸聯(lián)系的接地裝置，保證起重機(jī)大車車體與廠房大地的良好連接，確保起重機(jī)的接地系統(tǒng)的正常，對(duì)操作維護(hù)人員的人身安全、用電設(shè)備的正常運(yùn)行，提供良好的接地系統(tǒng)。專用輔助接地裝置，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，不影響起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、使用安全等。

專用輔助接地裝置的安裝于起重機(jī)大車機(jī)械緩沖器下部，采用角鋼槽鋼螺栓連接的滑塊與大車軌道實(shí)現(xiàn)可靠的接地連接，滑塊材料采用耐磨導(dǎo)電性能良好的球墨鑄鐵材料，并且滑塊滑槽兩側(cè)加工較大的倒角，以及采用兩端彈性支撐牽引設(shè)計(jì)，確保在大車軌道接頭、旁彎部分滑塊能夠順利通過，避免卡阻，保證接地功能的良好使用以及周邊設(shè)備人員的安全。

圖5 新型輔助接地裝置示圖

綜合上述此次起重機(jī)整體電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了變頻、調(diào)壓、PLC、CIMS等新產(chǎn)品，大量使用了以太網(wǎng)、PROFIBUS通訊、新型網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)抗干擾等新技術(shù)、新方法，上述新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法在鑄造起重機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造使用中具有明顯的現(xiàn)場(chǎng)使用意義，解決了以往鑄影響造起重機(jī)使用中的很多典型問題，如機(jī)械沖擊損壞、電氣元件壽命短、調(diào)速性能差、精度低等。在冶金企業(yè)鑄造起重機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中具備很好推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]傅德源.實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]白玉岷.電氣工程安全技術(shù)及實(shí)施[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介

賈延龍（1976-），男，工程師，本科。endprint

鑒于上述分析，在此次改造過程中，控制屏的安裝固定設(shè)計(jì)采用緩沖減震器件安裝，經(jīng)過專業(yè)的計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝要求，緩沖減震器件采用3.5 mm聚氨酯減震墊，聚氨酯減震墊分別放置于控制屏底部以及上部后方，對(duì)控制屏的垂直方向、水平方向的沖擊吸收降低，如圖2所示。

圖2 控制屏安裝方法示意圖

經(jīng)過安裝后的實(shí)際使用，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，控制屏的沖擊晃動(dòng)得到很大的降低，因此通過以往現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，控制屏采用聚氨酯減震墊安裝固定，對(duì)電氣元件、部件使用狀況有很大的改善，大大提高其工作穩(wěn)定性并延長(zhǎng)了元件使用壽命。

2.3 在電氣室安裝CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)工作站

CIMS起重機(jī)信息系統(tǒng)通過專業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)控、元器件壽命監(jiān)測(cè)記錄，操作過程、機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況、故障報(bào)警、運(yùn)行數(shù)據(jù)的曲線記錄，便于對(duì)起重機(jī)的設(shè)備運(yùn)行狀況以及操作情況的分析，對(duì)故障進(jìn)行再現(xiàn)追蹤及理論分析，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理。未來還可以通過工業(yè)無線通訊連接至地面數(shù)據(jù)中心與ERP、MES等企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)包含行車在內(nèi)的全流程生產(chǎn)調(diào)度。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS為管理者提供了一種全新的起重機(jī)管理模式，CIMS能夠幫助管理者及時(shí)了解起重機(jī)各部分工作狀態(tài)，提高設(shè)備維護(hù)和故障處理分析的效率，是保障起重機(jī)安全和提高起重機(jī)工作效率的最佳選擇。同時(shí)CIMS使得起重機(jī)與整個(gè)生產(chǎn)流程的信息交換實(shí)現(xiàn)了無縫連接，CIMS通過無線連接到地面數(shù)據(jù)中心。

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求為根本，側(cè)重點(diǎn)檢技術(shù)人員的操作應(yīng)用，可以為點(diǎn)檢維護(hù)人員提供詳細(xì)的設(shè)備運(yùn)行信息，為設(shè)備管理者提供第一手的分析決策資料，同時(shí)考慮公司、廠信息化建設(shè)及ERP、MES擴(kuò)展需求，預(yù)留接口及功能，為將來實(shí)現(xiàn)煉鋼廠行車調(diào)度與生產(chǎn)組織調(diào)度一體化打下了良好的基礎(chǔ)。如圖3所示。

圖3 起重機(jī)信息管理系統(tǒng)CIMS

2.4 整車電氣接地網(wǎng)

2.4.1 整車接地網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

此次起重機(jī)電氣系統(tǒng)改造，采用了大量的智能調(diào)速裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，并且分布于起重機(jī)的不同部位，各用電設(shè)備的安全用電、人員安全必須滿足，因此起重機(jī)上需要設(shè)計(jì)敷設(shè)可靠的接地網(wǎng)絡(luò)，按照接地要求設(shè)置安全保護(hù)地、儀表地等。接地網(wǎng)絡(luò)具體設(shè)置：

1）不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備設(shè)置專門的接地等電位連接地線，確保不同安裝部位的PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備參考電位一致；并且PROFIBUS-DP總線通訊設(shè)備—PLC-CPU部分接地與主梁主接地點(diǎn)連接。

2）各機(jī)構(gòu)控制屏內(nèi)用電設(shè)備保護(hù)接地與主梁主接地點(diǎn)連接，由于主梁與端梁系機(jī)械鉸鏈及高強(qiáng)螺栓連接，因此采用滿足主接地要求截面的電纜與端梁進(jìn)行連接，確保電氣連接。

3）端梁與端梁兩側(cè)下部設(shè)置專門設(shè)計(jì)的接地滑塊裝置采用滿足主接地要求截面的電纜進(jìn)行連接，滿足與廠房結(jié)構(gòu)大地良好的連接。

上述接地網(wǎng)絡(luò)的主接地點(diǎn)，需要與廠房供電的大地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的連接。

由于此次改造起重機(jī)的供電采用三相三線方式供電方式，無法提供可靠的接地。

改造起重機(jī)工作的廠房的設(shè)計(jì)年代較久，而且之前起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無專門接地要求，目前大部分使用的起重機(jī)供電方式采用三相三線方式，無專門可靠的接地滑觸線，所以采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)，是通過大車車輪、大車軌道與廠房接地系統(tǒng)連接，由于車輪系統(tǒng)的滾動(dòng)，軸承以及踏面的接觸，可知采用三相三線方式供電的起重機(jī)的接地系統(tǒng)不是可靠連續(xù)連接的。在常規(guī)傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制方式下，接地系統(tǒng)正常與否作用不明顯。但在大量采用自動(dòng)化儀器儀表、變頻裝置及大量使用網(wǎng)絡(luò)通訊微機(jī)控制的情況下，接地是否可靠直接影響設(shè)備運(yùn)行狀況。因此專門設(shè)計(jì)了全車接地網(wǎng)，并增加車體輔助接地裝置。

全車接地網(wǎng)根據(jù)行車的結(jié)構(gòu)及每個(gè)電氣盤柜特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槎肆菏侨嚱拥仄鹗键c(diǎn)，也是接地最可靠的部位，所以從端梁處往電氣室和司機(jī)室分別布置25平方的地線，然后從電氣室和司機(jī)室再分別引到各電氣盤，同時(shí)各節(jié)點(diǎn)處同時(shí)與車體相連，分支線路使用10平方和6平方的接地線，保證了各處等電位且接地良好，為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件。此次改造的起重機(jī)接地網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖4 接地網(wǎng)路示意圖

2.4.2 專門設(shè)計(jì)加工制作的輔助接地裝置

此次改造中為了更可靠的接地，以確保各自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定工作，還專門設(shè)計(jì)了專用輔助接地裝置。如圖5所示，專門設(shè)計(jì)的輔助接地裝置，通過設(shè)置在兩側(cè)端梁機(jī)械緩沖器下部的專用柔性連接的與大車軌道滑觸聯(lián)系的接地裝置，保證起重機(jī)大車車體與廠房大地的良好連接，確保起重機(jī)的接地系統(tǒng)的正常，對(duì)操作維護(hù)人員的人身安全、用電設(shè)備的正常運(yùn)行，提供良好的接地系統(tǒng)。專用輔助接地裝置，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，不影響起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、使用安全等。

專用輔助接地裝置的安裝于起重機(jī)大車機(jī)械緩沖器下部，采用角鋼槽鋼螺栓連接的滑塊與大車軌道實(shí)現(xiàn)可靠的接地連接，滑塊材料采用耐磨導(dǎo)電性能良好的球墨鑄鐵材料，并且滑塊滑槽兩側(cè)加工較大的倒角，以及采用兩端彈性支撐牽引設(shè)計(jì)，確保在大車軌道接頭、旁彎部分滑塊能夠順利通過，避免卡阻，保證接地功能的良好使用以及周邊設(shè)備人員的安全。

圖5 新型輔助接地裝置示圖

綜合上述此次起重機(jī)整體電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了變頻、調(diào)壓、PLC、CIMS等新產(chǎn)品，大量使用了以太網(wǎng)、PROFIBUS通訊、新型網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)抗干擾等新技術(shù)、新方法，上述新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法在鑄造起重機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造使用中具有明顯的現(xiàn)場(chǎng)使用意義，解決了以往鑄影響造起重機(jī)使用中的很多典型問題，如機(jī)械沖擊損壞、電氣元件壽命短、調(diào)速性能差、精度低等。在冶金企業(yè)鑄造起重機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中具備很好推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]傅德源.實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]白玉岷.電氣工程安全技術(shù)及實(shí)施[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介

賈延龍（1976-），男，工程師，本科。endprint