浮吊式起重机控制相关技术问题解析总结.doc

浮吊式起重机控制的相关技术问题分析
1导言
浮式起重机是重钢公司的瓶颈设备，是矿石质料进口通道的咽喉，该设备功用的好坏直接联系到公司
的生计与开展，是全公司要改造的要点要害设备。

因为该设备有无足轻重的作用，在技能改造中既要领先，
更要把安全牢靠摆在头号方位，因而在描绘中领先科技设备和操控技能成熟度是第一位的。

浮式起重机是
一个杂乱的体系，它的操控触及很多工程技能疑问，是多技能体系运用的复合体。

为了改进浮吊功用，确
保该体系在高频率、大运量的状况下正常作业，需对该浮吊的操控体系及相应的机械传动有些进行技能改
造，改造后的操控体系应能习气设备年起卸矿石200 万吨的作业状况。

操控体系改造触及起升及抓斗闭合电机(2 ×2 ×110kW) 、旋转组织电机(2 ×2×30kW) 以及变幅组织电机
(2 ×1×30kW) 合计 10 台电机的驱动及调速，完成牢靠的安全联锁和防误操作功用以及联合动作操控体
系，还触及联动操作台的改造。

驱动体系能完成大规模的平稳调速及较快的速度晋升功用 (从发动到高速 2.5s) ，一起处置抓斗闭合与晋升电机间
的受力平衡疑问，速度调节能习气抓斗和吊装两种作业方法。

操控体系要具有较高的安全牢靠性及齐备的防误操作功用;联动操作台要操作简略易把握，靠近原操作
习气，且有较高的运用寿数，习气频频操作 ;整个体系能在高温高粉尘的恶劣环境下正常作业，习气正负百分
之十的电网电压动摇。

因而，在体系功用完成上，有必定难度，以下就有关技能完成疑问作些评论。

2体系总体描绘思考
(1)驱动体系描绘及选型
为进步浮吊作业功率，既要进步驱动体系的速度呼应，又要削减毛病检修及惯例检修的周期和频率，
选用变频调速方法能够极好的满意浮吊设备关于驱动体系的需求。

变频器有很宽的调速规模，能够设定加减速时刻 ;杰出的低速力矩特性使得电动机在发动和加快时能够取得
大并且滑润的加快度 ;制动单元的接入又使得电动机在减速和泊车时能够取得满足的制动力矩。

上述特性确保了
变频调速体系有极好的速度呼应功用。

其多段速度功用的各段速度独立可调，可依据作业需求设定各种不一样速度进行作业。

变频器的平稳起动及制动特性削减了机械冲击，降低了布局损耗 ;发动电流较小，在频频起动及制动中削减
电机热损，延伸电机寿数 ;变频器本身是高牢靠性的通用规范设备，毛病率极低，引进变频器后整机的
毛病率降低，保护量削减，间接地进步了作业功率。

为进步操作器材的牢靠性，选用多段速有级滑润调速方法。

变频调速在低速状况及加减速进程中有显着的节电作用。

本体系选用的是日本安川公司的616G5系列起重专用型变频器，它能够便利的完成闭环矢量操控，可完成
高达 1:1000 的调速比，高精度的速度操控，零速时可到达 150 ％额外力矩，广泛的运用于起重职业。

各电机原
为绕线电机转子串电阻方法调速，改为变频调速后不需求替换电机，仅把电机转子回路短接即可。

(2)操控体系描绘及选型
起重设备触及到一系列的安全疑问，浮吊操控体系必须有极好的牢靠性和完善的安全办法，确保即便
在操作失误的状况下也不会致使安全事故和设备损坏，为此本方案选用PLC 来完成安全联锁和防误功用。

除了紧迫停机操作保存直接连线方法外，全部的操作均经过PLC 程序来完成。

本体系选用西门子公司6ES7
－200 系列紧凑型小型 PLC 商品作为中心操控设备。

(3)联动操作台描绘及选型
联动操作台是浮吊的仅有操作方位和人机界面，除了作为根本操作器的手柄式凸轮操控器外，还设置
了各种毛病信号、紧迫停机按钮、功用选择开关、答应操作钥匙开关等。

联动操作器作为浮吊首要操作设备，动作非常频频，需求牢靠并且有较长的运用寿数。

本体系选用法
国施耐德公司的XKB-E 系列手柄式凸轮操控器，其操作灵敏牢靠，手感好，运用寿数高达各方向100 万次，以旋转及变幅操作器为例，即答应左旋右旋和变幅向前向后各操作100 万次，依据浮吊作业频率估量，每台操作器大概可运用 1 年左右。

当起升或抓斗有些呈现毛病时，需求将抓斗下放，为此描绘了机械制动器开释踏板和答应此项操作的
钥匙开关。

(4)体系的环境习气性描绘及选型
浮吊坐落江边，首要任务是装卸矿石，作业在高温、高湿、高粉尘及振荡环境，需求采纳办法确保操
控体系正常作业。

浮吊主卷扬室内的四台电机、全部的操控柜等均为发热体，夏地利将因排放热量艰难而发作很高的环境温
度，不利于操控体系正常作业。

在该室加装有强迫通风设备以改进散热条件。

起升及抓斗电机作业持续性较高，在长时刻低速作业时因为内置电扇作业功率低而致使散热才能差，
改为外部强迫风冷。

各操控柜选用进口柜体，密闭式布局可避免粉尘及湿气侵入，柜体上加装带过滤罩的强迫通风风机以排放
柜内热量，装有PLC 的柜体装设柜用空调器，确保体系能够在-10-65 ℃的环境温度下正常作业。

各首要电气设备均选用具有抗振才能的进口设备。

为了确保整个操控体系的高牢靠性，本体系关于断
路器、阻隔开关、接触器以及按钮信号灯等低压电器共同选用了欧洲着名品牌，德国金钟－默勒公司的商
品。

3操控体系具体描绘
3.1 电气主回路描绘中的几个疑问
(1)电气保护
各支路进口用支路断路器作支路短路保护及后备过载保护，支路的过载保护、过压及欠压保护和其他
保护则由变频器本身的保护功用承当。

由阻隔变压器供给操控电源及向PLC 供电，以尽可能减小PLC 及操控元件受电源搅扰致使作业不正常的可能性。

阻隔变压器前端设一断路器作为短路保护及线路保护。

(2)变频器出口阻隔开关
电动机在检修或较长时刻中止作业后，要进行绝缘检测，合格才能够投入作业，而变频器是电力电子
类设备，不能进行惯例绝缘检测，为此，在各变频器之后都设置了阻隔开关，以便在需求时便利地将变频
器与电动机断开。

(3)制动单元及制动电阻
起升及抓斗电机在负荷降低时，重物的势能将转化变成电能，再由变频器附加的制动电阻将此电能转
变为热能耗散掉，以到达平稳制动的意图。

旋转及变幅电机也附加了制动电阻，作为减速进程中的制动手
法。

制动电阻是经过制动单元接入变频器的，制动单元能够依据需求主动投入和切除制动电阻。

制动电阻
装置在操控柜外专门的电阻装置支架上。

(4)机械制动器操控
各电机的机械制动器由接触器操控。

其间变幅制动器电源取自支路断路器后端，以确保只需在变频器
支路现已得电时，机械制动器的得电开释才被答应。

而提头和抓斗制动器因为需求确保毛病时答应抓斗下
放，故独自描绘断路器加以保护。

(5)旋转编码器
为避免在发动时机械制动器铺开后重物俄然下滑或变幅组织俄然前倾，起升、抓斗及变幅电机的变频
调速均选用闭环矢量形式，以取得较敏捷的力矩呼应。

闭环回路的转速检测由装在电机轴端的旋转编码器
完成。

3.2 操控体系描绘中的要害点
PLC 是整个浮吊操控体系的中心，除了紧迫停机按钮以外，全部的操作设备、检测设备和履行设备都
是经过 PLC 相互联系起来的。

为减小电气搅扰的影响，除就近的联动操作台信号外，PLC 的全部输入输出均经过进口及出口继电器衔接。

紧迫停机按钮是在发作紧迫状况时人为干涉的最终手法，即便在PLC 功用现已失效的状况下也能够正常起作用，该信号直接作用于各支路断路器使其跳闸，用堵截电源的方法迫使
整个浮吊当即中止作业的。

联动操作台上其他全部的操作指令悉数以接点方法输入PLC，再由PLC 去操控各变频器以使各电动机正回转、加减速以及中止作业。

操作指令与电动机的作业方向和速度之间有一一对
应联系，经过PLC 完成联锁联系。

(1)调速指令及变频器状况信号
PLC 以接点方法向各变频器发送作业、中止、作业方向及速度分级指令，并收集变频器的作业及毛病
等状况信号。

(2)速度反应信号
速度反应信号由
旋转编码器收集，经PG 卡直接送入变频器参加闭环操控。

(3)接触器操控及反应
全部的机械制动器需求在变频器开端作业时牢靠开释，在因故使变频器中止作业时牢靠抱合，其功用由PLC 经过逻辑判别后经过操控接触器的闭合和开释来完成，并采入接触器辅佐触点信号以判别接触器是不是正
常作业。

(4)超行程信号
PLC，在超行程信号时宣布在起升、抓斗及变幅等各个组织上设有超行程限位开关，其信号悉数送入
指令让相应的组织中止动作，以防失控损坏设备。

(5)断路器及阻隔开关状况信号
PLC，当在浮吊作业时，需求全部的断路器和阻隔开关都处于闭合方位，开关的辅佐触头将信号引进
有开关不在闭合方位时， PLC 将给出灯火提示并封闭操作指令。

(6)指令安全描绘
由 PLC 宣布的指令在PLC 本身毛病时将主动使设备处于安全泊车状况。

4体系功用描绘
4.1 根本操作功用
根本操作功用经过拨动答应操作钥匙开关和左右两个手柄式凸轮操控器完成。

(1)答应操作钥匙开关
该钥匙开关有三个方位，分别是 :制止操作，抓斗作业和吊装作业。

浮吊在中止作业时间，该开关置于制
止操作方位，此刻全部的操作指令均被封闭，全部操作无效。

当预备开端抓斗作业时，将钥匙开关置于
抓斗作业方位，各项操作被答应进行，一起，对应于凸轮操控器的各档位，PLC 将向各变频器输出与抓斗
作业相习气的速度指令。

当预备开端吊装作业时，将钥匙开关置于吊装作业方位，各项操作被答应进行，
一起，对应于凸轮操控器的各档位，PLC 将向各变频器输出与吊装作业相习气的速度指令。

(2)旋转及变幅操作器
该操作器为手柄式凸轮操控器。

纵向除零位外前后各三个档位，用于操控变幅组织，能够三级速度向
前或向后动作。

横向除零位外左右各三个档位，用于操控旋转组织，能够三级速度向左或向右旋转。

操作
器能够斜向操作，即能够一起操控变幅和旋转组织动作。

各档位的速度可在变频器上独立进行设置。

(3)起升及抓斗操作器
该操作器为手柄式凸轮操控器。

纵向除零位外前后各三个档位，横向有中位和右位两个档位，手柄在
中位时，前后操作手柄将一起操控起升与抓斗电机同步作业，使抓斗上升或降低。

手柄在右位时，前后操
作手柄将独自操控抓斗电机，使抓斗敞开或闭合。

各档位的速度可在变频器上独立进行设置。

4.2 安全联锁功用
(1)旋转组织电气毛病安全联锁
旋转组织电气毛病包含旋转变频器毛病、断路器毛病、阻隔开关未合上毛病。

毛病发作后由 PLC 宣布指令旋转组织当即停机 (其间大有些毛病也将直接致使停机 )，一起，起升、抓斗及变幅组织在 PLC 操控下
减速停机，停机后其他三个组织可经过操作杆复零来激活操作功用，以便把抓斗下放到恰当方位后检修毛
病。

(2)组织电气毛病安全联锁
变幅组织电气毛病包含变幅变频器毛病、断路器毛病、阻隔开关未合上以及由接触器差动信号反映的
毛病 (差动信号是指由 PLC 依据动作指令与动作反应的不共同作出的毛病判别 ) 。

毛病发作后由 PLC 宣布指令变幅组织当即停机( 其间大有些毛病也将直接致使停机) ，一起，起升、抓斗及旋转组织在PLC 操控下减速停机，停机后其他三个组织可经过操作杆复零来激活操作功用，以便把抓斗下放到恰当方位后检修毛病。

(3)起升及抓斗组织电气毛病安全联锁
起升及抓斗组织电气毛病包含起升或抓斗变频器毛病、断路器毛病、阻隔开关未合上以及由接触器差
动信号反映的毛病。

毛病发作后由PLC 宣布指令起升及抓斗组织当即停机，一起旋转及变幅组织在PLC 操控下减速停机，停机后其他两个组织可经过操作杆复零来激活操作功用，以便把抓斗移动到恰当方位。

此刻， PLC 将作出答应毛病下放操作的承认，操作下放钥匙封闭后，操作人员即可踏动脚踏板，经过开释
起升及抓斗机械制动器将抓斗放下，以便检修毛病。

(4)PLC 毛病时的安全联锁
PLC 呈现毛病时全部设备均将当即停机， PLC 的连线逻辑描绘确保了 PLC 毛病停机时整个体系处于安全停
机状况。

若是 PLC 在毛病时呈现过错输出，可当即进行紧迫停机操作。

4.3 防误操作功用
(1)刹那间加快防误操作
当操作人员刹那间将某个组织从零速推进到最高速时，变频器将不当即呼应此操作，而是按正常设定
以答应的最大加快度升速。

(2)疾速反向防误操作
变频器将不当即呼应此操作，当操作人员将某个组织从一个方向的高速作业疾速切换到反方向作业时，
而是按正常程序减速停机，待取得零速反应后再进行反向发动。

(3)行程防误操作
当操作人员不小心使起升及抓斗或许变幅组织逾越正常行程，PLC 将当即宣布该组织的紧迫中止指令，
一起封闭该方向的操作，反方向操作将在操作器复零时激活，以便组织退出超行程方位。

(4)力矩平衡功用
抓斗晋升时是由起升及抓斗电机一起动作的，但在抓斗闭合时抓斗电机已提早动作，因而简单致使起
升及抓斗电机受力不平衡，抓斗电机及钢绳简单受损，为处置这个疑问，在提头及抓斗变频器间选用力矩
盯梢操控方法，两台电机的受力可很快到达根本共同。

5结束语
浮吊式起重机因为作业环境恶劣，在描绘中要思考的技能细节疑问是比较多的，只需注意对上述说到
的疑问做好技能处置，装置调试便会顺畅得多，体系投运一年来，作业安稳牢靠，遭到用户好评。

参考文献
[1]朱善君等可编程序操控体系原理、运用、保护[M]. 北京 :清华大学出版社， 2001
[2]Blmal K.Base ，沟通调速传动体系 [M]. 重庆 :重庆电机工程学会， 1986。