港口機(jī)械電氣安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋天佑，張?zhí)煊?/p>

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

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港口機(jī)械電氣安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋天佑，張?zhí)煊?/p>

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

傳統(tǒng)機(jī)械電氣安全控制存在線路煩瑣、控制接點(diǎn)多、故障高等問題，早已不能適應(yīng)我國快速發(fā)展的現(xiàn)代化電力生產(chǎn)需求。針對(duì)電力系統(tǒng)及各種控制元件進(jìn)行深入分析研究，希望能不斷提升港口機(jī)械電氣安全控制水平，更好滿足現(xiàn)代自動(dòng)化和局部自動(dòng)化發(fā)展要求，不斷提升電氣安全控制水平。

港口機(jī)械；電氣安全；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 機(jī)械電氣設(shè)備配置要求及工藝特點(diǎn)

門座起重機(jī)作為重要的港口碼頭裝卸機(jī)械，其主要由起升、行走、變幅和旋轉(zhuǎn)幾部分組成。抓斗作業(yè)采用的是兩套起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行作業(yè)，抓斗開合作業(yè)方便維修，且兩套設(shè)備機(jī)構(gòu)完全一致。這種設(shè)備可根據(jù)換裝索具需要實(shí)施抓斗、吊鉤等作業(yè)，積極開展空間立體作業(yè)，提升設(shè)備生產(chǎn)效率、速度和機(jī)動(dòng)靈活性。

這種特殊的機(jī)械工藝特點(diǎn)提出了相應(yīng)配套電氣設(shè)備的安全要求：設(shè)備制動(dòng)、起升要求機(jī)械設(shè)備開關(guān)、變壓器和電動(dòng)機(jī)等滿足各項(xiàng)要求；由于起重機(jī)作業(yè)屬于戶外活動(dòng)、露天作業(yè)，工作環(huán)境較為惡劣，易受氣候環(huán)境因素影響；三維作業(yè)存在較大隨機(jī)性，要提升電氣安全控制系統(tǒng)保護(hù)功能、顯示報(bào)警和故障診斷功能。

2 起重機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)

港口門座起重機(jī)首選交流傳動(dòng)M10-25，根本原因在于變頻技術(shù)的日益普及化和廣泛化。同時(shí)技術(shù)性能與直流傳動(dòng)之間也存在一定的可比性，而系統(tǒng)功率因數(shù)和力能指標(biāo)效率又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直流系統(tǒng)，這類電網(wǎng)系統(tǒng)公害低，機(jī)械應(yīng)用變頻調(diào)速。港口機(jī)械電氣傳動(dòng)調(diào)速主要包括以下幾種方式：

第一，交流繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速。這一方式雖老舊，但有著直觀、簡(jiǎn)單、維修方便及成本低的特點(diǎn)，操作較為簡(jiǎn)單只需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子外串電阻大小，并考慮起重機(jī)力矩和承載能力等方面的因素。港口機(jī)械電氣安全采用PLC取代邏輯控制，電氣設(shè)備安全控制要盡量提升自動(dòng)化水平、減少線路工程。生產(chǎn)制造工藝技術(shù)的進(jìn)步極大提升了電氣設(shè)備的使用壽命和可靠性，保證了系統(tǒng)作業(yè)的安全性。

第二，交流異步電機(jī)變頻調(diào)速是目前最完善的交流電機(jī)調(diào)速方式，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)速度的連續(xù)控制，具有精度高、調(diào)速平滑的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是先期投入高、制造工藝復(fù)雜。變頻調(diào)速是港口提高穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速的發(fā)展方向。

第三，渦流制動(dòng)器調(diào)速。渦流制動(dòng)器采用的是直流勵(lì)磁，由交流繞線式異步電機(jī)同軸安裝渦流制動(dòng)器組成。該系統(tǒng)僅適用于低速和微速等特定場(chǎng)合，渦流制動(dòng)器額定轉(zhuǎn)速為100 rpm，工作制ED15%。

3 門座起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)

門座起重機(jī)各大機(jī)構(gòu)均由三相交流繞線異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由隔離開關(guān)送至各運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制直流電源。通過操作主令控制器進(jìn)行PLC輸入端口控制。港口機(jī)械輸出觸點(diǎn)容量為2A，采用老式CJ12系列，線圈電流大，可防止PLC內(nèi)部電路燒壞。PLC有利于繼電器控制系統(tǒng)的長期發(fā)展，繼電器由電磁式信號(hào)控制開關(guān)。為推動(dòng)電氣安全控制系統(tǒng)發(fā)展，必須要積極尋求全新控制裝置取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)，進(jìn)而不斷提升電氣控制系統(tǒng)的工藝條件、維修和可靠性?？删幊炭刂破魇菍ｉT為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)制造的先進(jìn)計(jì)算機(jī)，其輸入、輸出接口豐富，主要特點(diǎn)有：第一，系統(tǒng)編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)。梯形圖使用最多的就是可編程序控制器，該圖的表達(dá)方式、電路符號(hào)原理圖類似于繼電器電路原理圖，能直觀地進(jìn)行形圖語言校對(duì)。使用人員需深入研究梯形圖語言，合理利用編制系統(tǒng)用戶程序。第二，系統(tǒng)性能價(jià)格和功能性強(qiáng)，一臺(tái)小型可編程控制器就包含上千部繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，其功能性極強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)控制，與功能相同的繼電器系統(tǒng)相比性價(jià)比高，可利用一臺(tái)可編程控制器同時(shí)控制幾臺(tái)設(shè)備，利用聯(lián)網(wǎng)通信也能實(shí)現(xiàn)集中管理和分散控制。第三，系統(tǒng)具有較高可靠性和抗干擾能力。傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)中需用到大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，其觸點(diǎn)與接線多，容易產(chǎn)生接觸不良的情況，影響正常生產(chǎn)，造成系統(tǒng)故障?？勺兂绦蚩刂破髂芾密浖到y(tǒng)替代大部分時(shí)間繼電器和中間繼電器，節(jié)省了大量的設(shè)備資金耗費(fèi)，只需少量的輸入、輸出接線就能完成，其所需接線量?jī)H為繼電器控制系統(tǒng)接線的1%，極大解決了接線點(diǎn)接觸不良的問題，有效提升了港口機(jī)械電氣安全運(yùn)行效率?，F(xiàn)代化技術(shù)手段的綜合運(yùn)用，極大提升了機(jī)械設(shè)備的工作效率和安全性，可編程控制器采用軟硬件結(jié)合的抗干擾措施，實(shí)現(xiàn)隔離、屏蔽和自診斷、自恢復(fù)等應(yīng)用，具有較強(qiáng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無故障運(yùn)行數(shù)萬小時(shí)以上，將其應(yīng)用于干擾較強(qiáng)的起重機(jī)機(jī)房中十分適用，已得到廣大工業(yè)控制設(shè)備使用者的認(rèn)可。

可編程控制器的應(yīng)用極大降低了設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的工作量，其梯形圖程序采用順序控制設(shè)計(jì)法，存在一定規(guī)律性且便于掌握，設(shè)計(jì)梯形圖所花費(fèi)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖所花時(shí)間少得多。可編程控制器具有工作量小、維修方便、故障率低的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)自我診斷、顯示和修復(fù)，通過對(duì)PLC發(fā)光二極管的觀察可掌握輸入輸出信號(hào)狀態(tài)。我港技術(shù)部門在對(duì)一臺(tái)舊M10-30進(jìn)行電氣改造時(shí)，就加入了故障顯示功能，當(dāng)PLC外部輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可參考故障顯示提供的信息，迅速查明故障原因。

4 可編程控制器展望

可編程控制器應(yīng)向高性能、大容量發(fā)展，門座起重機(jī)中的PLC輸出容量若可直接驅(qū)動(dòng)接觸器線圈，必將簡(jiǎn)化控制電路，降低故障率。隨著科技的不斷成熟，PLC價(jià)格將不斷降低，這將加速PLC在工業(yè)中的普及。增強(qiáng)可編程控制器的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，使可編程控制器能與個(gè)人計(jì)算機(jī)及其他智能控制設(shè)備之間交換數(shù)字信息，形成統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。

5 結(jié)語

通過上述分析可了解到PLC和變頻調(diào)速的應(yīng)用將會(huì)引發(fā)工業(yè)系統(tǒng)的重大變革，是港口機(jī)械電氣安全控制的主要發(fā)展趨勢(shì)，我們必須要學(xué)懂學(xué)透這門技術(shù)，始終堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，深入探索機(jī)械電氣安全控制，不斷提升工作質(zhì)量和水平，為港口機(jī)械電氣安全控制事業(yè)發(fā)展而奮斗。

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Design of electrical safety control system for port machinery

SONG Tian-you,ZHANG Tian-yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

In the traditional mechanical and electrical safety control,there are many problems such as complicated lines,high control contacts and high fault,and can not adapt to the rapid development of modern electric power production in China. Power system and a variety of control components were analyzed,hoping to continuously improve the port machinery electrical safety control level,better meet the requirements for modern automation and local automation,and constantly improve the level of electrical safety control.

Port machinery; Electrical safety; Control system; Design

2017-01-03

宋天佑(1984-)，男，本科，電氣工程師；張?zhí)煊?1983-)，男，本科，電氣工程師。

TD608

B

1674-8646(2017)06-0130-02