桥式起重机的自动化节能造

　　摘 要：对天车使用和维护过程中，对天车的电力消耗大、设备故障率高、电器配件损耗大等问题进行分析，并通过改进电气控制系统解决问题。
　　关键词：天车 大车 小车 PLC 变频器 电动机
　　中图分类号：TN77文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0082-01
　　天车也称桥式起重机，用来起吊、放下和水平搬运重物的设备，由大车、小车、减速机、电动机、控制系统等设备构成。它的运转情况好坏直接影响到企业的正常生产，甚至还会影响到工人的人身安全。
　　1 天车产生各种故障的原因分析
　　天车产生故障的原因主要有4个方面：（1）天车的升降及小车、大车起动、停止过快，而且都是惯性负载，机械冲击很大，设备的使用寿命缩短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性较低。（2）所用电动机容量大，起动电流对电网冲击过大，而且电动机一直在额定转矩下工作，电能太浪费。（3）天车每天需进行大量的搬运工作，其主要控制元件交流接触器用来接入和断开电动机转子上串接的电阻，切换十分频繁，在电流较大的状态下，容易烧坏触头、线圈。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的铜电阻因灰尘、设备振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。（4）操作人员常反复操作，电流过大，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
　　2 对现有天车控制系统的改进
　　2.1 天车拖动系统改造要点
　　（1）电动机的选型：①升降用电动机要求比较高，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。②大车与小车所用电动机要求不高，选用普通的笼型转子异步电动机即可。原设备系统采用的是绕线式异步电动机，通过短接转子回路使用。（2）调速方法改造：采用目前国际最先进的有矢量控制功能的变频调速系统。经过变频后转速能够分级控制，从低到高逐步切换，就能够有效的防止电动机的全转矩启动。（3）制动方式改造：天车的改造不但要准确制动实现自动控制，还要防止突发事件，因此在这里采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法，这种方法有两个优点：①重物在半空中停留时，电磁制动器能在断电时使重物静止。②通过变频器系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到0。
　　2.2 变频调速系统的改造要点
　　天车系统运行控制中最重要的是防止溜钩。这就需要从以下几方面着手：（1）电磁制动器从通电到断电用时大约0.6s。如果变频器过早停止输出，就会出现溜钩现象。（2）在电磁制动器抱闸时，变频器不能输出较高频率，为了防止发生“过流”跳闸误动作。采取如下控制措施：1）对于重物空中停止的控制：①设定“停止起始频率”5Hz，当变频器的工作频率下降到5Hz时，变频器输出“频率到达信号”，也就是制动电磁铁断电指令，使电磁铁断电制动。②另外将5Hz的维持时间设为M5vodwe+1MUHI24aQLnjkg==0.8s，略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸的时间0.6s。③经过0.8s之后，变频器工作频率下降到0HZ，这时天车主钩电动机停止工作。2）重物升降的过程：①设定‘升降起始频率’5Hz，变频器工作频率上升到5Hz之前，天车主钩电动机不动作。②当工作频率达到5Hz时，变频器开始检测电流，设检测电流的时间为0.3s，当检测到变频器有足够大的输出电流时，发出‘松开指令’，使制动电磁铁开始通电。③操作中，还要设定一个‘升降起始频率’，将维持时间设0.8s，略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要的时间。④当变频器工作频率上升到所需频率后，天车开始起升重物。
　　2.3 变频器的零速全转矩功能和直流制动励磁功能
　　（1）零速全转矩功能变频器可以在速度为0时，保持电动机有足够大的转矩。这一功能保证了起重机升降运动的速度为0时，重物能在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住，防止溜钩现象的发生。（2）起动前的直流强励磁功能变频器在起动前自动进行直流强励磁。使电动机有足够大的转矩，维持重物在空中的停住状态，保证电磁制动器在释放过程中不会产生溜钩。
　　2.4 变频调速控制系统分析
　　（1）大、小车机构小车由单台2.2kW电动机拖动，由一台3.7kW变频器控制；大车为双梁结构，分别由两台7.5kW电动机拖动，用一台较大的20kW变频器控制；起重机升降由一台45kW电动机驱动，选用一台较大的50kW变频器。（2）制动单元和制动电阻对于重物下降时电动机再生的电能，由变频器外接制动单元和制动电阻消耗掉。针对天车升降机构起、降制动频繁，要求制动转矩较大，及下降时制动状态持续时间较长等特点，原来的电磁制动系统不作改变。（3）变频器选择：选用ABB公司生产的ACS800，ACS550系列变频器。采用变频器驱动异步电动机调速，根据异步电动机的额定电流，或者根据异步电动机实际运行的最大电流值来选择变频器，通常令变频器的额定电流≥（1.05-1.10）电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。I1nv≥（1.05-1.10）In或Imax；式中I1nv为变频器额定输出电流；In为电动机的额定电流；Imax为电动机实际最大电流。
　　2.5 变频器参数的设定
　　主钩变频器多段速度设定：将Pr4设定为50Hz，Pr5设定为20Hz，Pr6设定为5Hz（Pr4.Pr5.Pr6为变频器高.中.低速设定），Pr7设定为外部控制模式3。
　　2.6 可编程序控制器的选择
　　在本系统中选用了西门子公司生产的ST-300系列PLC，PLC按输入控制信号，控制程序，输出控制信号等来完成起重机各种工况的协调，并决定起重机的各种工作状态。PLC的控制系统软件采用ST-300的梯形图语言来编程设计完成。
　　2.7 控制电路改造
　　天车控制方面如下：打开控制手柄开关，主接触器得电，被控设备包括PLC及所有三个变频器，这时按下控制手柄启动键，PLC运行，天车投入工作，按下控制手柄停止键，PLC断电，天车停止运行，在天车中，采用点动控制，主钩电动机和电磁铁线圈互锁。
　　3 结语
　　经过变频器调速控制改造后的天车保护功能增强，工作可靠性显著提高，节能效果十分可观，调速质量明显提高。降低了设备维护成本，为企业的正常生产提供了有力保障，获得了明显的经济效益。
　　参考文献
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　　[2]秦益霖.西门子S7-300PLC应用技术[M].电子工业出版社，2007，4.
　　[3]王庆春.冶金通用机械与冶炼设备[M].冶金工业出版社，2004，