10t淬火桥式起重机电气控制系统

刘 君，刘文涛，穆 巍，康 宁

大连神通电气有限公司，辽宁大连 116113

0 引言

淬火桥式起重机是用在金属热处理的专用起重机械，主要用于对大型工件或细长杆件快速进入淬火液中淬火。随着对起重机的调速方式与精度的不断提升,控制方式也越来越先进,如采用PLC 程序控制替代继电器逻辑控制,变频器替代传统的三相异步电机转子侧串电阻的调速方式等。本文以大连神通电气有限公司有限公司为大连宝原核设备有限公司设计的10t 电动双梁吊钩淬火桥式起重机 (以下简称“淬火桥机”)为例，对该淬火桥机的电气控制系统与各机构的控制方式作一介绍。

1 电气控制系统简介

大连宝原核设备有限公司的10t 淬火桥机采用双梁单小车结构,小车上布置一个起升电动机,单钩最大起重量为10t。起升机构为变频器调速，大车、小车运行机构采用电动机转子串电阻调速方案，整个系统设有独立的照明变压器，为照明、维修插座及辅助电路提供AC220V,AC36V 电源。控制方式采用德国HBC-FST524M4 系列遥控器地面遥控。淬火桥机电气系统主要由PLC、变频器、接触器以及中间继电器构成。该系统的控制核心为欧姆龙CS1 系列PLC 构成的CUP 机架,该系统一个CPU 机架由一个CUP 单元、电源单元、CPU 底板，基本I/O 输入输出单元构成。输入单元主要对操作指令、各机构运行状态以及各限位开关的反馈信号进行采集；输出单元主要作为起升变频器的输入信号及控制平移机构的方向和速度，该系统的CPU 机架如图1 所示。

图1 系统CPU 机架

2 电气控制系统设计

2.1 变频器选型

淬火桥机起升机构选用ABB 公司的ACS800 系列提升机专用的变频器,主要由于该系列变频器性能明显优于标准应用型变频器。

1）软件升级

增加了提升机软件，该软件对起升机构的转速、转矩控制、电气制动及机构工作安全性等方面做了升级。

2）故障检测

具有变频器故障输出功能,指示变频器的工作状态，当变频器出现异常时通过转换变频器内部输出继电器的输出状态，使机构禁止运行。

3）制动器控制

为了防止溜钩，在起升机构提升前,变频器先产生一个向上的转矩并对该转矩进行验证； 在起升机构停止前，为了减少刹车片的磨损，增加制动器的使用寿命，可以设定在电机低速时抱闸，抱闸前变频器自动检测电机转速,达到设定的低速时再抱闸。

2.2 起升机构

由于淬火起重机起升机构要求具有下降速度快，准确定位制动，因此本机起升机构使用变频器调速方案，起升电机型号为YZP200L1-6/22KW 所采用的变频器型号为ACS800-01-0050-3+P901+D150+N652，由于异步电动机在转差率变化不大时，转速n=60f/p，因此变频器通过改变输出频率调速具有调速范围大，平滑性好的优点，本机变频器采用CRANE 应用宏，起升机构配备脉冲编码器，通过对电机的直接转矩控制模式（DTC），达到对起升电机进行精确的速度和转矩控制。

2.3 平移机构

本机大、小车机构分别采用XQR3 与XQR1 标准线路，通过转子串电阻方案进行调速，转子电阻由一级反接电阻，三级加速电阻和一级软化电阻组成。加速电阻在起动后逐级切除，使电机逐步加速；软化电阻是不切除的，始终接在转子回路中，使机械特性稍稍软化。此线路由于采用了延时继电器自动切除加速电阻的环节，因此主令控制器的档位少，提高了自动化程度，同时避免了由于操作快而使电动机在转子回路无电阻的情况下起动的可能性，增加了系统的安全性。

2.4 起升制动器的控制

本机起升机构选用的ACS800 系列变频器具有转速转矩验证功能,变频器可以将验证结果反馈到控制系统，以此确保起升电机在开闸前已有一个预加力矩,力矩大小通过设定变频器的67 组参数后由变频器自动给出。本机起升机构的抱闸应用ABB 变频器速度监控功能，制动时变频器先减速,当达到设定的抱闸速度时给出抱闸信号，当PLC 的输入模块采集到该状态时才抱闸，从而实现低速制动,增加制动时的安全性，提高制动器的使用寿命。

3 PLC 选型及程序设计

3.1 PLC 选型

本机选用欧姆龙公司的CS1 系列PLC ,采用CX-One 编程软件。CS1 系列PLC 是具有多种控制功能、适用于各种领域的控制器。具有以下优点：

1）进一步提升了作为PLC 核心的指令实效性能，实现过程时间和精度的最优化；

2）CPU 采用CS1G-CPU43H 具有在线编辑、程序保护、出错检查等功能；

3）PLC 具有多种特殊指令，使得操作与应用更加匹配，无需进行复杂的梯形图编程即可简单的完成高精度的编程,方便程序的编制。

3.2 PLC 程序设计

1）主回路程序设计

将主断路器辅助点、起升重锤限位以及门开关串接在主回路中，当起升机构到达重锤限位或门打开时，主接触器断电，各机构都不能动作。梯形图如图2 所示。

图2 主回路梯形图

2）起升机构控制

通过PLC 输入模块接收到的遥控器给出的控制指令，对起升机构变频器起动/停止和方向、速度进行控制。梯形图如图3 所示。

图3 起升变频器控制梯形图

3）平移机构控制

通过PLC 输入模块接收到的遥控器给出的控制指令，对平移机构的起动/停止和方向，速度进行控制。以大车机构为例，梯形图如图4 所示。

4 安全保护

4.1 配电部分

整个控制系统配有XJ3-D 系列电源保护器，在电源缺相，过压时对系统进行保护,在桥机两侧端梁设置门开关，当门打开时，门开关将信号反馈到PLC 输入模块，桥机的各个机构都不能开动。

图4 大车机构梯形图

4.2 变频器部分

选用的ACS800 系列变频器具有电动机过载、缺相、接地、过流、直流母线过电压等保护。

4.3 机构保护

各机构均设有行程限位保护，行走机构在两端设置终点限位开关作为终端限位安全保护；起升机构具有上升两级保护。第一级保护本机构，第二级保护断开总电源接触器。起升电机中还装有超速开关，当电机转速超过1.15 倍最高转速时，采用紧急刹车制动，起升机构停止运行。

4.4 其他保护

平移机构均有零位保护、过载保护等。起升机构配有重量限制器，当负载达到额定值的90%时，发出预警报信号，起升机构只能以低速运行，当负载达到额定值的105%时，发出警报信号，起升机构停止上升，只能下降。

5 结论

本机于2011 年11 月调试完成并投入使用。运行至今 ,系统工作正常,各项运行数据符合技术要求，因此可以验证系统中所选用的电器元件是达到设计标准的，电气控制系统的设计是安全可靠的。

[1]ACS800提升机传动控制固件手册.北京ABB电气传动系统有限公司出版，2008.

[2]SYSMAC CS1 可编程序控制器.欧姆龙（中国）有限公司出版，2008.

[3]张志文.起重机设计手册.中国铁道出版社，1998.