橋式起重機(jī)抱閘開(kāi)閉控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡江林

(武漢恒際自動(dòng)化控制有限公司,武漢 430082)

關(guān)鍵字:橋式起重機(jī)；抱閘開(kāi)閉控制保護(hù)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引 言

橋式起重機(jī)是我國(guó)冶金、礦山、機(jī)械、化工、林業(yè)運(yùn)輸中最主要、最常見(jiàn)的起重、運(yùn)輸及其多種操作的重要設(shè)備，由于這些機(jī)構(gòu)主要有大梁、斷梁、軌道、車(chē)輪、減速機(jī)、卷筒、滑輪、連軸器等部件組成，起重機(jī)各個(gè)部件的性能及工作狀況直接影響著整個(gè)機(jī)器的形成。因此，對(duì)橋式起重機(jī)各種常見(jiàn)性能的故障采取相應(yīng)措施，才能保障起重機(jī)的正常作業(yè)，確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在生產(chǎn)作業(yè)中，橋式起重機(jī)械的溜鉤是起重機(jī)械的常見(jiàn)故障，也是發(fā)生人身傷亡事故及設(shè)備事故的重要因素之一。本研究設(shè)計(jì)了一種起重機(jī)抱閘控制保護(hù)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括起升抱閘狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、起升高度監(jiān)視系統(tǒng)、溜鉤故障報(bào)警系統(tǒng)、起升溜鉤距離查詢(xún)記錄系統(tǒng)、抱閘開(kāi)閉控制系統(tǒng)等五個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，可以有效減少橋式起重機(jī)械的溜鉤在生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)生的人身傷亡事故以及設(shè)備事故，大大提高起重機(jī)的工作效率。

1 橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)存在的問(wèn)題

橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)在生產(chǎn)中常見(jiàn)的故障如下：

(1)抱閘接觸器粘連造成的溜鉤事故。一是動(dòng)、靜鐵芯之間的油污粘住；二是接觸器的質(zhì)量較差等。因而更換接觸器時(shí)一定要仔細(xì)檢查，用干布將動(dòng)、靜鐵芯表面擦干凈。

(2)提升力矩不夠?qū)е铝镢^，具體表現(xiàn)是抱閘打開(kāi)后電動(dòng)機(jī)不能建立轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致溜鉤。首先檢查變頻器參數(shù)設(shè)置是否正確，檢查變頻器輸出電壓和電流是否正常，通常如果變頻器參數(shù)設(shè)置正常的話，應(yīng)該是變頻器內(nèi)部模塊產(chǎn)生問(wèn)題，更換變頻器即能解決問(wèn)題[1]。

(3)電磁干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)作。由于現(xiàn)場(chǎng)工況比較復(fù)雜，各種電磁干擾比較多，有時(shí)能造成PLC的誤動(dòng)作。為了避免這種情況導(dǎo)致抱閘誤動(dòng)作產(chǎn)生溜鉤，應(yīng)該在電氣走線時(shí)將動(dòng)力線路和控制線路分開(kāi)走線，編碼器等采用屏蔽電纜。另外變頻器本身就是諧波干擾源，對(duì)電源側(cè)和輸出側(cè)的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生影響，所以在變頻器輸入端要加電抗器以阻止干擾。

(4)采用閉環(huán)控制能有效避免溜鉤。具有矢量控制功能的變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能(又稱(chēng)零伺服功能，即零速時(shí)電動(dòng)機(jī)仍能輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩)，使重物停在空中，從而避免溜鉤[2]。

2 行車(chē)抱閘開(kāi)閉控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 起升抱閘狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

起升抱閘裝設(shè)兩個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)裝設(shè)在抱閘的下端，用于檢測(cè)抱閘是否有效抱閘。一個(gè)裝設(shè)在抱閘的上端，用于檢測(cè)抱閘是否有效打開(kāi)。如圖1所示，起升抱閘狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)包括制動(dòng)器裝置、限位裝置。

圖1 起升抱閘狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2 起升高度監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過(guò)起升機(jī)構(gòu)上的鋼繩卷筒后面增設(shè)兩臺(tái)絕對(duì)值編碼器，來(lái)記錄卷筒運(yùn)行的位置。通過(guò)換算即可以得到主起升和副起升的高度，計(jì)算過(guò)程：首先標(biāo)定起升的總高度，如起升總高度為20m，對(duì)應(yīng)編碼器的值為20736設(shè)為最高值。起升高度為0m時(shí)，對(duì)應(yīng)編碼器的值為0設(shè)為最低值。當(dāng)編碼器值為10368時(shí)，起升高度為10m。根據(jù)公式：OUT=((FLOAT)IN -K1)/(K2-K1)*(HI—_LIM-LO—LIM )+LO—LIM，依此線性變化。其中K1的值為0，K2的值為常數(shù)+27648。采集該值到控制器中，然后通過(guò)HMI顯示并記錄存檔。編碼器安裝部位見(jiàn)圖2所示：

圖2 起升高度監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.3 溜鉤故障報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)生溜鉤現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警信號(hào)至聯(lián)動(dòng)臺(tái)H1，提醒操作人員及時(shí)處理。并且H2發(fā)出聲光報(bào)警，提醒行車(chē)下面及周邊作業(yè)人員注意安全。報(bào)警系統(tǒng)中的指示燈H1遵循程序中設(shè)定的頻率進(jìn)行頻閃，提醒維護(hù)人員出現(xiàn)故障部位[3]。輸出部分見(jiàn)圖3所示：

圖3 溜鉤故障報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)故障指示燈頻閃1s/次，為副鉤閘接觸器粘連故障。

(2)故障指示燈頻閃0.5 s/次，為主鉤閘接觸器粘連故障。

(3)故障指示燈先頻閃0.5 s/次，再1s頻閃二次，停頓3s。然后循環(huán)頻閃0.5s二次，再1s頻閃二次，停頓3s，為主鉤抱閘出現(xiàn)故障。

(4)故障指示燈先頻閃1s二次，再2s頻閃二次，停頓3s。然后循環(huán)頻閃1s二次，再2s頻閃二次，停頓3s，為副鉤抱閘出現(xiàn)故障。

2.4 起升溜鉤距離記錄查詢(xún)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

起升抱閘隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用，閘皮會(huì)慢慢的磨損。在閘皮嚴(yán)重磨損后，吊載比較輕的負(fù)載時(shí)，現(xiàn)象不明顯。但是一旦重載起吊時(shí)，極易發(fā)生溜鉤情況，輕則造成財(cái)產(chǎn)損失，重則危及下方作業(yè)人員生命。借助裝設(shè)在減速機(jī)上的絕對(duì)值編碼器、結(jié)合變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、抱閘上面的檢測(cè)限位和相應(yīng)的專(zhuān)用控制軟件可以很方便的記錄和檢測(cè)出抱閘下滑的距離。該功能可以早期發(fā)現(xiàn)抱閘的磨損量，進(jìn)而減少甚至杜絕因?yàn)楸чl磨損太大導(dǎo)致溜鉤事故的發(fā)生(見(jiàn)圖4)。

圖4 起升溜鉤距離記錄查詢(xún)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.5 抱閘開(kāi)閉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用變頻器控制信號(hào)中的運(yùn)行控制信號(hào)采集進(jìn)控制抱閘開(kāi)閉系統(tǒng)，相應(yīng)的再采集變頻器的電流信號(hào)和變頻器的速度信號(hào)。電流信號(hào)作為開(kāi)閘信號(hào)，速度信號(hào)作為關(guān)閘信號(hào)。變頻器電流采用電機(jī)電流的30%作為設(shè)定值，速度關(guān)閘信號(hào)采用電機(jī)實(shí)際速度10%作為設(shè)定值。

通過(guò)兩個(gè)信號(hào)作一個(gè)與門(mén)，即兩個(gè)信號(hào)均正常時(shí)，才允許打開(kāi)抱閘，才能確保控制抱閘信號(hào)是正確值。抱閘控制信號(hào)分為兩路輸出，分別驅(qū)動(dòng)兩路接觸器。如附圖3中的主起升抱閘輸出(KM1和KM2),副起升抱閘輸出(KM3和KM4)。采用雙抱閘輸出，可以有效杜絕采用單一控制信號(hào)，如果出現(xiàn)擊穿或粘連精況時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致溜鉤事故發(fā)生[4]。

如果當(dāng)其中一路輸出信號(hào)出現(xiàn)擊穿，則控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷出是哪一路信號(hào)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。判斷原理為：當(dāng)控制系統(tǒng)未檢測(cè)到抱閘控制信號(hào)輸出時(shí)，而抱閘接觸器(KM1～KM4)任一接觸器接點(diǎn)均有信號(hào)反饋，則控制系統(tǒng)認(rèn)為該輸出點(diǎn)擊穿或相對(duì)應(yīng)的接觸器粘連(見(jiàn)圖5)。

圖5 抱閘開(kāi)閉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于橋式起重機(jī)的基本工作原理，設(shè)計(jì)了行車(chē)抱閘開(kāi)閉控制保護(hù)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括五個(gè)部分：起升抱閘狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、起升高度監(jiān)視系統(tǒng)、溜鉤故障報(bào)警系統(tǒng)、起升溜鉤距離查詢(xún)記錄系統(tǒng)以及抱閘開(kāi)閉控制系統(tǒng)等五個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，可以有效減少橋式起重機(jī)械的溜鉤在生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)生的人身傷亡事故以及設(shè)備事故，大大提高起重機(jī)的工作效率。通過(guò)多年的實(shí)踐證明，工作人員在操作橋式起重機(jī)的過(guò)程中，還要不斷加強(qiáng)橋式起重機(jī)設(shè)備的點(diǎn)檢、維護(hù)、潤(rùn)滑管理、加強(qiáng)操作人員的責(zé)任意識(shí)和安全意識(shí)，不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)和管理，加強(qiáng)對(duì)常見(jiàn)事故的預(yù)防能力，才能最大限度的避免安全事故的發(fā)生[5]。