史建軍，劉建波

(鎮(zhèn)江技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212113)

0 引言

某公司現(xiàn)有10 t門座式起重機(jī)2臺，該設(shè)備電氣控制系統(tǒng)部分采用的是傳統(tǒng)的繼電器—接觸器的控制方式，其可靠性差、頻出故障。檢修后的故障95%都是電氣部分故障，而這些常發(fā)故障造成設(shè)備在運行中的可靠性降低，經(jīng)常造成生產(chǎn)延誤，因此，需對該設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

1 技術(shù)改造的可行性分析

1) 故障分析

兩臺10t門座式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)為傳統(tǒng)的繼電器—接觸器的控制方式，這種控制方式的特點決定了線路保護(hù)裝置不可靠，且指示、報警裝置較少，操作起來很不直觀。其中最主要的是缺少反向運轉(zhuǎn)的延時功能和順序起動的延時功能，以至于不能有效防止人為或下意識的反接制動和起動過快等不規(guī)范操作。此外，起動時產(chǎn)生的沖擊力易造成制動器、閘瓦易磨損，門機(jī)鋼結(jié)構(gòu)易變形，起升減速箱齒輪壽命縮短，連軸接容易打反檔、易斷，減速箱底座鋼結(jié)構(gòu)易開裂，從而造成整機(jī)故障待機(jī)時間較長，影響生產(chǎn)效率。

2) 改造思路

參照現(xiàn)有的16t門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用變頻器驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式，采用可編程序控制器PLC成熟技術(shù)和變頻器驅(qū)動進(jìn)行電氣系統(tǒng)改造。

3) 改造方案

針對故障產(chǎn)生的原因，為全面改善系統(tǒng)的主要功能，擬對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計創(chuàng)新?？刂葡到y(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系由可編程序控制器PLC和變頻器驅(qū)動對系統(tǒng)進(jìn)行改造后必然會大大提高起升機(jī)構(gòu)的可靠性。在使用變頻器調(diào)速以后，整機(jī)在起升機(jī)構(gòu)工作時受到的沖擊力將大為減小，使設(shè)備更加安全穩(wěn)定可靠地運行，從而提高設(shè)備的工作效率[1]。

2 技術(shù)改造的具體實施

起重機(jī)變頻驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用CIMR-G5A4045型變頻器，該變頻器為恒轉(zhuǎn)矩輸出變頻驅(qū)動機(jī)構(gòu)以變頻器作為控制核心，根據(jù)工況調(diào)整設(shè)置變頻器啟動、停止的電壓變化率，實現(xiàn)變頻機(jī)構(gòu)平穩(wěn)啟動和停止；根據(jù)控制信號選擇輸出不同的設(shè)定電壓及設(shè)定值實現(xiàn)起重機(jī)的不同速度變頻功能；檢測電動機(jī)性能，經(jīng)過無PG矢量算法控制驅(qū)動變頻機(jī)構(gòu)。

系統(tǒng)主回路、變頻控制、起升控制及變頻起升控制如圖1-圖4所示。

圖1 系統(tǒng)主回路原理圖

圖2 變頻控制原理圖

圖3 起升控制原理圖

圖4 變頻旋轉(zhuǎn)控制原理圖

電源引入到斷路器3ZK1，PLC輸出點01、02接通24 V繼電器K7，K7接通變頻器供電接觸器3ZC，使變頻器處于得電狀態(tài)。當(dāng)司機(jī)將變幅控制手柄處于“低速”時，24 V繼電器供給變頻器低速控制端信號，使變頻器以低速啟動并運行；當(dāng)司機(jī)將變幅控制手柄處于“高速”狀態(tài)時，24 V

繼電器供給變頻器高速控制端信號，使變頻器以高速啟動并運行；當(dāng)手柄處于“回零”狀態(tài)，變頻器延時減速并直流制動。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，“故障”指示燈亮，變頻器正常運行時，“運行”指示燈亮。變頻電動機(jī)安裝熱保護(hù)繼電器，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)內(nèi)部短路、絕緣不良或缺相時，熱保護(hù)繼電器給出信號至PLC，切斷變頻器的供電，以保電氣控制系統(tǒng)的安全。

PLC系統(tǒng)采用的是CPM2A PLC，該P(yáng)LC提供先進(jìn)的編程特性，便于安裝?？刂葡到y(tǒng)中大約有80個開關(guān)量輸入點，30個開關(guān)量輸出點，沒有模量輸入輸出點。 CPM2A作為控制系統(tǒng)核心部件，進(jìn)行邏輯和數(shù)字運算，協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)各部分的工作。電源單元中采用帶屏蔽層的隔離變壓器，DC24V電源由直流穩(wěn)壓電源提供，從而減少對PLC的干擾，避免PLC接收到錯誤信息[2]。

電氣控制系統(tǒng)由聯(lián)動臺、變頻電氣屏、旋轉(zhuǎn)電氣屏、起升電氣屏、電源電氣屏、行走電氣屏、電機(jī)及其連接電纜組成。聯(lián)動臺上設(shè)計有主令開關(guān)控制變頻、旋轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)動作，主令開關(guān)每個方向分正、反2檔、低速、中速、高速3檔和1個空檔。PLC程序設(shè)計采用CX-Program編程軟件重新編寫。PLC程序設(shè)計采用了模塊化的編程方法，可讀性強(qiáng)，易于維護(hù)。各個機(jī)構(gòu)間的互鎖及終點限位都做在了PLC程序里并有聲光報警，PLC程序主要包含以下模塊：輸入信號處理模塊；設(shè)備故障處理模塊；輸出信號處理模塊[3]。

3 技術(shù)改造后的效果

1) 直接經(jīng)濟(jì)效益

項目改造完成后，降低修理工時(單臺)500h，按單價9元/h計算，可節(jié)約修理工時費4 500元，2臺節(jié)約修理費用9 000元。項目改造完成后，可以提高整機(jī)完好率(單臺)6%，全年可增加完好臺時500h，按平均利用率70%計算，500×70%=350h,可增加工作臺時350h，按平均臺時產(chǎn)量250 t/h計，350×250=87 500t，87 500t×7元/t=612 500元。2臺可增收1 225 000元。

2) 間接經(jīng)濟(jì)效益

起重機(jī)是散貨作業(yè)的主力設(shè)備，改造完成后，不僅可緩解目前散貨生產(chǎn)的窘迫狀況，多創(chuàng)營收，而且能挽回不良影響，爭取更多貨源，對以后散貨貨源的組織、生產(chǎn)的開展都是無法估量的。

改造完成后，可消除控制部分的安全隱患，潛在的安全效益是無法用金錢來衡量的。

4 結(jié)語

變頻機(jī)構(gòu)經(jīng)過變頻器改造后，高、低速狀態(tài)時的速度依然保持原系統(tǒng)的速度值，經(jīng)模擬、空載、重載多次調(diào)試后，系統(tǒng)投入運行以后，結(jié)果顯示系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)想的目的，消除了設(shè)備隱患，節(jié)約了能源和備件消耗，同時減輕了電氣維修人員的勞動強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的工作效率。

[1] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2] 蔡杏山. 圖解PLC、變頻器與觸摸屏技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[3] 黃永紅. 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.