一種面向?qū)嶒炗脴蚴狡鹬貦C(jī)裝置的開發(fā)與應(yīng)用

羅繼軍

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710300)

橋式起重機(jī)是一種用來吊起或放下重物并使重物在短距離內(nèi)水平移動的起重設(shè)備，其低壓電氣控制線路比較復(fù)雜，學(xué)習(xí)研究其布線構(gòu)成、故障診斷和控制改造，對學(xué)生的知識點掌握及實踐動手能力培養(yǎng)將有質(zhì)的提升。設(shè)計一種橋式起重機(jī)實驗裝置，既能完成電氣控制系統(tǒng)的接線、布槽、故障診斷和PLC改造，又能通過實物模型將電氣控制與實際工作相結(jié)合，達(dá)到直觀演示的目的。

1 實驗裝置設(shè)計開發(fā)

橋式起重機(jī)實驗裝置采用實際配電柜作為主柜，由兩個電柜組合而成，體積為150 cm×50 cm×170 cm，由2 mm厚鋼板精加工而成，整體噴塑。柜內(nèi)安裝各種機(jī)床電路，柜面安裝電壓表、電流表、凸輪開關(guān)、主令開關(guān)、電動機(jī)、按鈕、指示燈。電器元件均采用國標(biāo)元件，保證質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)要求。人為故障點由開關(guān)控制，每套電路根據(jù)實際情況設(shè)置16個常規(guī)故障。

該設(shè)備左側(cè)為低壓電氣控制柜，柜內(nèi)為實際5 t/20 t雙鉤橋式起重機(jī)電氣控制線路。三層平臺中，第一層為接觸器、繼電器、變壓器、故障開關(guān)和滑變電阻，第二層平臺為橋式起重機(jī)的5個模擬電機(jī)，第三層平臺為凸輪控制器和主接觸器。各層布局結(jié)構(gòu)合理，便于查看電路連接[1]。為了更好地保證設(shè)備的可視化教學(xué)效果，在電氣柜右側(cè)安裝一個半實物模型，用來模擬真實的橋式起重機(jī)工作過程。通過連接線纜將電氣柜線路引入到該半實物模型上，這樣控制過程就可以在半實物模型上以仿實際運(yùn)動的過程表現(xiàn)出來，非常直觀。本設(shè)備設(shè)置了16個故障點，所有故障都是模擬橋式起重機(jī)實際工作時經(jīng)常出現(xiàn)的故障，涵蓋了短路、斷路、無自鎖等各種故障類型，具有一定代表性。后側(cè)加裝了PLC與變頻器模塊，可以通過PLC改造和變頻器接線設(shè)置，讓學(xué)生進(jìn)一步了解PLC與變頻器在設(shè)備改造中的實際應(yīng)用。外部控制面板要清晰，使學(xué)生能夠在控制面板上了解當(dāng)前控制過程。

2 電控系統(tǒng)設(shè)計

以仿5 t/20 t橋式起重機(jī)電氣控制線路為例，分析起重設(shè)備的電氣控制線路。

2.1 運(yùn)動形式

設(shè)備結(jié)構(gòu)由大車、小車組成，由主鉤和副鉤組成提升機(jī)構(gòu)。大車主要在軌道上完成縱向運(yùn)動，小車在大車上完成橫向運(yùn)動；主、副鉤都裝在小車上，主鉤主要用于提升重物，副鉤則配合完成重物的吊裝，主、副鉤不能同時提升重物。當(dāng)兩鉤同時工作時，重量不能超出主鉤的重量。

2.2 供電特點

橋式起重機(jī)的電源電壓為380 V，由公共的交流電源供給，為了便于供電及各電氣設(shè)備之間的連接，在橋架的另一側(cè)裝設(shè)了21根輔助滑觸線。

2.3 電力拖動要求

電動機(jī)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較大的過載能力，選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)拖動，采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；合理升降速度，重載時速度慢，在30%額定速度內(nèi)分成幾擋，可靈活操作；啟動轉(zhuǎn)矩不能過大，一般限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下；停車采用安全可靠的制動方式，具有零位、短路、過載和終端保護(hù)。

3 故障設(shè)置與診斷要求

共設(shè)故障16處，均由故障開關(guān)控制，其中斷路故障有14處，短接故障有2處。各故障點均用故障開關(guān)控制，“0”位為斷開，“1”位為合上。

16個故障點分別為：

(1)Q1故障開關(guān)串聯(lián)在M1的V13相(M1)，斷開此開關(guān)，副鉤主電機(jī)M1缺相運(yùn)行。在做此項實訓(xùn)時，通電時間不要超過1 min，以免故障時間過長損壞電動機(jī)。(2)Q2故障開關(guān)串聯(lián)在控制線的一相線上，斷開此開關(guān)，副鉤、小車、大車的控制失效。(3)Q3故障開關(guān)串聯(lián)在小車的剎車YB2的一端，斷開此開關(guān)，剎車YB2失效，即工作時(模擬負(fù)載)YB2指示燈不亮。(4)Q4故障開關(guān)串聯(lián)在副鉤控制線的限位開關(guān)SQ6(8)一端，斷開此開關(guān)，副鉤限位開關(guān)不起作用。(5)Q5故障開關(guān)串聯(lián)在控制線的安全保護(hù)SQ9(24) ，斷開此開關(guān)，相當(dāng)于副鉤、小車、大車的整個控制回路斷電失效。(6)Q6故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤剎車YB5、YB6的一端進(jìn)線處，斷開此開關(guān)，主鉤剎車器(負(fù)載模擬指示燈)YB5、YB6工作時不亮[2]。(7)Q7故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤控制線的一端進(jìn)線(V11)處，斷開此開關(guān)，主鉤控制回路失效。(8)Q8故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤失壓保護(hù)繼電器KV線圈(30)處，斷開此開關(guān)，主鉤控制回路斷電失效。(9)Q9故障開關(guān)與主鉤限位保護(hù)開關(guān)SQ5并聯(lián)，合上此開關(guān)，SQ5不起作用。(10)Q10故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤下降后的控制回路中，斷開此開關(guān)，主鉤上升、制動及主鉤轉(zhuǎn)子控制失效。(11)Q11故障開關(guān)串聯(lián)在KM1常開觸頭的一端(42)，接通此開關(guān)， KM9不能加速動作。(12)Q12故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤轉(zhuǎn)子加速的控制回路上(39)，斷開此開關(guān)，主鉤加速失效。(13)Q13故障開關(guān)與SB并聯(lián)，當(dāng)正常情況下，QS1接通電源時，不按SB按鈕，KM也自動得電吸合。(14)Q14故障開關(guān)串聯(lián)在KM線圈一端(24)，斷開此開關(guān)，當(dāng)正常工作時，按下SB按鈕時KM不能吸合，大、小車及負(fù)鉤電機(jī)不能工作。(15)Q15故障開關(guān)串聯(lián)在主鉤轉(zhuǎn)子制動的控制接觸器KM5線圈上(44)，斷開此開關(guān)，當(dāng)S8閉合時，主鉤制動接觸器KM5無法得電[3]。(16)Q16故障開關(guān)串聯(lián)在KM9的線圈一端，斷開此開關(guān)，當(dāng)S12閉合時，KM9不能吸合。

4 結(jié)語

設(shè)計了一種全新的教學(xué)實驗實訓(xùn)裝置，該裝置具有可視性強(qiáng)、理解容易、操作方便等特點，可以靈活設(shè)置故障點并增加了PLC改造模塊，該設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)良好，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐能力。