張建宏
(中國石油撫順石化工建公司,遼寧撫順113006)
塔式起重機(jī)俗稱塔吊,是目前建筑工地上應(yīng)用最為廣泛的垂直運(yùn)輸機(jī)械。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,城市規(guī)劃及建設(shè)的進(jìn)程日益加快,工業(yè)與民用建筑的需求量大幅增加,建筑行業(yè)中必不可少的塔式起重機(jī)市場(chǎng)需求量呈直線上升趨勢(shì),這對(duì)塔式起重機(jī)的維修保養(yǎng)人員也提出了更高的要求,在塔式起重機(jī)出現(xiàn)的故障中,電氣類故障的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械類故障,因此,有必要開發(fā)出一套塔式起重機(jī)電控實(shí)訓(xùn)平臺(tái),用于塔機(jī)企業(yè)維修人員和電氣類學(xué)生的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。
塔式起重機(jī)電控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)使用了真實(shí)塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)座椅及操作臺(tái),配合模擬變頻電機(jī)、雙速變幅電機(jī)、真實(shí)回轉(zhuǎn)力矩電機(jī),可以展示變頻器與PLC控制原理及回轉(zhuǎn)調(diào)壓調(diào)渦流控制系統(tǒng)。
如圖1所示,控制系統(tǒng)由座椅、聯(lián)動(dòng)臺(tái)、回轉(zhuǎn)變幅電控箱、電源及起升電控箱(ALFV)組成。
圖1 控制系統(tǒng)框圖
聯(lián)動(dòng)臺(tái)采用WLK3型主令控制器,用于塔機(jī)二次回路中電機(jī)的倒順,1~5擋調(diào)速、制動(dòng)、緩沖、阻尼、聯(lián)動(dòng)、分動(dòng)控制操作。
回轉(zhuǎn)變幅電控箱采用施耐德OSM32N3D32(額定電流32A)回轉(zhuǎn)斷路器;采用專用控制器RCV對(duì)雙向可控硅(SKKT92-12)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速,同時(shí)對(duì)半控硅MFA40-8進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)調(diào)渦流調(diào)速,最終實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的平滑無極調(diào)速,特點(diǎn)是啟停平穩(wěn)、沖擊小、操作方便、效率高,并配有定點(diǎn)吊裝的鎖臂功能,以保證在有風(fēng)的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平穩(wěn)的吊裝。斷電時(shí)可以通過風(fēng)標(biāo)按鈕實(shí)現(xiàn)風(fēng)標(biāo)自動(dòng)工作,并有指示燈指示,以保證在非工作狀態(tài)下大臂可以自由隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng),并確保安全。
變幅斷路器采用施耐德OSM32N3D32(額定電流32A),工作電壓AC380V,雙速電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器控制,電氣互鎖,響應(yīng)快,方便穩(wěn)鉤。
電源箱主空開采用施耐德NSC160S3160空開(額定電流160A,三相),并配有XJ11G型相序保護(hù)繼電器(具有缺相、錯(cuò)相、過壓、欠壓保護(hù)功能),主接觸器采用施耐德LC1D95E7C接觸器,線圈AC48V,額定電流95A,電控箱側(cè)面配有紅色自鎖型維修按鈕(LAY50C-20),當(dāng)維修時(shí)按下,即可切斷主電源,防止意外送電導(dǎo)致的觸電事故,電控箱內(nèi)配有電笛,用以危險(xiǎn)警示,提醒工人注意躲避吊物。
變頻起升箱的變頻器采用施耐德ATV71系列變頻器,可編程控制器采用施耐德小型PLC,空開、斷路器、接觸器、繼電器全部采用施耐德品牌。施耐德ATV71系列變頻范圍寬、精度高,可變頻率從0~100Hz,頻率精度提高至:模擬設(shè)定時(shí)為最高頻率設(shè)定值的±0.2%,數(shù)字設(shè)定時(shí)為最高頻率設(shè)定值的±0.1%。維護(hù)性能提高,監(jiān)視器能顯示運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、電壓、電流、線速度、故障狀態(tài)、機(jī)電軸轉(zhuǎn)矩等28種功能。低振動(dòng)和低噪音采用新開發(fā)的正弦波PWM控制技術(shù),改善了電流波形,從而減輕了運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng);采用了第三代IGBT,實(shí)現(xiàn)了高頻率和低噪聲化。在矢量控制條件下,調(diào)速范圍還可以擴(kuò)大,能實(shí)現(xiàn)電機(jī)失電后快速制動(dòng),制動(dòng)時(shí)間小于0.25s,過載能力強(qiáng),1min過載180%,3min過載150%,低速性能好,低速時(shí)轉(zhuǎn)矩平滑,無爬行現(xiàn)象。
回轉(zhuǎn)采用95NM-F1力矩電機(jī),型號(hào)YPEJ112M-4,扭矩95N·m,帶制動(dòng)器(F1);水平變幅采用模擬雙速小電機(jī);起升采用小型變頻電機(jī)模擬。
采用現(xiàn)塔機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用的主流控制方式:起升采用法國施耐德ATL71變頻器與PLC,控制方式效仿世界著名塔機(jī)品牌POTAIN的標(biāo)配產(chǎn)品,其起重專用軟件,更是針對(duì)起重行業(yè)特點(diǎn)開發(fā),擁有輕載增速等特有功能。此系統(tǒng)可全方位模擬起升、回轉(zhuǎn)、變幅等大中型高端塔機(jī)的實(shí)際變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、注意事項(xiàng)、變頻器實(shí)際操作技巧、常見故障解決方案,使學(xué)員可以全面了解變頻系統(tǒng)在塔機(jī)各機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用,并可熟練掌握實(shí)際操作技巧。
回轉(zhuǎn)采用雙向可控硅驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī),通過調(diào)壓、調(diào)渦流組成平滑無極調(diào)試系統(tǒng),為目前國內(nèi)外中小型塔機(jī)廣泛應(yīng)用的控制方式。以真實(shí)控制系統(tǒng)與真實(shí)力矩電機(jī)相配合的方式,形象生動(dòng)地解讀控制理論的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn),把復(fù)雜難明的回轉(zhuǎn)力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)、枯燥的理論轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)畫面。變幅機(jī)構(gòu)采用的是小型塔機(jī)慣用的雙速電機(jī)直接啟動(dòng)的控制方式。
本系統(tǒng)采用的是微型變頻電機(jī),模擬真實(shí)機(jī)構(gòu),故無法展示真實(shí)起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、裝置特點(diǎn)。
變幅采用的為最簡單的雙速電機(jī)直接啟動(dòng)的控制方式。其實(shí)變幅有很多控制方式,像三速電機(jī)、自耦變壓器變壓與調(diào)渦流相配合的控制方式等,本文不再一一介紹。
標(biāo)準(zhǔn)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖如圖2所示。
圖2 標(biāo)準(zhǔn)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖
起升機(jī)構(gòu)未來擴(kuò)展:可以加裝行程限位器(但是無法像實(shí)際一樣與機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng))、力矩限位器(真實(shí)塔機(jī)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的安全裝置,裝于鋼結(jié)構(gòu)上,此系統(tǒng)沒有實(shí)際鋼結(jié)構(gòu),無法安裝,但可以采用模擬開關(guān)或指示燈模擬演示);制動(dòng)器確認(rèn)開關(guān)(安全裝置的一種,一般變頻機(jī)構(gòu)配置),可以采用接觸器加開關(guān)模擬其功能;第二制動(dòng)器,無法模擬;起重量限制器,可以采用開關(guān)模擬,但其功能演示時(shí)需人為按動(dòng)開關(guān)配合;超速開關(guān),可以采用開關(guān)模擬。
回轉(zhuǎn)行程限位器未來擴(kuò)展:可以采用實(shí)物開關(guān),但無法聯(lián)動(dòng)。變幅行程限位器及力矩限位器未來擴(kuò)展:可以采用實(shí)物開關(guān)。電子力矩顯示器(內(nèi)有黑匣子)未來擴(kuò)展:可獨(dú)立安裝。
起升、變幅為模擬電機(jī),沒有卷筒,無法模擬實(shí)際塔機(jī)纏繞鋼絲繩及起吊重物的功能,回轉(zhuǎn)雖為真實(shí)電機(jī),可直接應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品,但是由于體積較大,恐無法安裝于未來鋼結(jié)構(gòu)模型上(如果要實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)電控聯(lián)動(dòng),則需要從整體結(jié)構(gòu)空間、形式考慮,鋼絲繩走向,靜滑輪、動(dòng)滑輪布置位置,變幅小車,倍率,吊鉤等)。由于各機(jī)構(gòu)為模擬電機(jī),與實(shí)際電機(jī)相比缺少制動(dòng)器。
本設(shè)計(jì)產(chǎn)品由真實(shí)的駕駛聯(lián)動(dòng)臺(tái)、高清晰顯示終端和高比例塔式起重機(jī)模型組成。通過真實(shí)的駕駛聯(lián)動(dòng)臺(tái),再現(xiàn)塔式起重機(jī)操作人員在操作過程中看到的情況,并通過高精度微縮模型的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)與操作者實(shí)時(shí)互動(dòng),讓操作人員產(chǎn)生身臨其境的感覺。受訓(xùn)人員先通過塔機(jī)模擬操作,學(xué)習(xí)塔機(jī)的各種功能及操作要點(diǎn),迅速掌握操作塔機(jī)的技能后,再到塔機(jī)上進(jìn)行實(shí)地演練,適合對(duì)大批量人員進(jìn)行培訓(xùn),能大幅度降低培訓(xùn)成本。