起重机电气控制系统优化设计分析

徐志平

摘要：作为机械行业最常见的设备，起重机的应用更加普及。在电气智能化系统不断升级的过程中，根据实际的操作，对可能存在的问题进行故障分析和原因排查，并按照特定的解决方案，对整体解决过程制定了系统化措施。按照制定的系统及时排除电气控制系统故障问题，针对特定的原因进行方案的预警，实现故障的最优化处理，既保证起重机的工作效率，又可以提高对电器的控制效果，从而达到安全操作的目的。

关键词：起重机;电气控制系统;故障

引言

起重机能够应对恶劣的工作环境，因此被现代机械行业广泛推广。在进行大型货物搬运过程中，需要应用塔式起重机完成更复杂的材料调动，所以起重机在港口码头比较常见。作为确保运输货物安全性较高的机械设备，起重机被更多应用领域所认可。目前，起重机出现电气控制的系统问题较多，故障率约为45.3%，所以设计人员要根据出现的系统故障情况查询产生原因，并对设计流程进行优化，或采取必要的纠正措施，降低问题的出现几率。

1、起重机电气控制系统存在故障的分析

众多港口需要起重机完成货物的调运，所以，这些场所也是起重机产生电气故障较多的区域，通过对产生的问题进行数据汇总得知，每月都会出现5次左右的故障。此时，要对电气系统控制下的问题进行具体分析：第一，考虑是否因人为因素而导致的故障。当操作者未按标准化流程完成调取过程，或者未及时对起重机进行系统排查，使起重机长时间处于高负荷运转状态，而导致电动机烧坏等问题;第二，非人为因素。起重机本身的运转系统存在问题，各零部件也存在使用年限较长或不匹配等情况，比如转子电阻被烧坏，由于在运转过程中所受电阻较大而导致部分区间温度升高而產生损伤，再比如起重机在开机初期会产生明显的温度变化，而操作人员反复进行开关机操作，导致电阻瞬间温度过高，致使内部电阻被烧毁而出现电机故障问题。无论哪种故障原因，都要对电气控制的系统进行排查，之后对产生的缺陷采取针对性的原因分析以制定解决方案。当起重机使用一般绕线式交流异步电机进行工作时，则要对该系统控制下的控制器、继电器以及接触器控制系统进行综合分析，了解这种系统存在的致命缺点以后，才能根据使用需求完成设备的配置。出现问题后，起重机在运转过程中则会有明显的制动损伤情况，在制动的同时造成原有的磨损程度更加严重，进而对继电器和接触器等零部件造成破坏，提高故障发生几率。

还有，某些工作场所的环境十分恶劣，比如：港口区域经常会出现狂风、暴雨等恶劣天气，在这种环境下，相对稳定的电气系统会受雨水冲刷或振动影响而出现系统故障问题，在找寻相关资料查明原因以后，对需要进行严格保护的PLC系统制定保护办法，以维持更加稳定的控制系统。

2、 起重机电气控制系统故障的改造设计方案

2.1 PLC 选型及设计

PLC系统的优势在于，它可以通过微处理器将相对复杂的数字运算过程在系统中完成，从而完成指令的分配。我国现代科技水平的不断提升，使得多数系统的智能率也逐步增高，在不断研发的同时，出现了更多满足市场需求的PLC种类，在相对复杂的环境下，PLC系统可以应对市场需求进行相应的匹配，从而提升工作效率，具体的设计方案如图1所示。在了解电气系统的控制方式和出现故障的基本原因后，设计人员参考起重机的电气控制图示，将其中包含的PLC电气控制系统进行理论化的升级，使其具备更多功能，比如：第一，PLC具有闭锁启动功能。起重机等大型设备在运转过程中会出现设备误伤人员等情况，而在闭锁启动功能的约束下，PLC系统可以实现远程自动识别和启停控制。当起重机停止工作以后，全部线路必须切断电源，不产生工作能力的情况下才能重新接通主电源，也只有这样，才能消除无法完成对单一指令的控制而出现的安全事故问题;第二，单一操作指令都具备保护功能。比如：当起重机运转时，钢丝绳会具有一定的限位，这是确保在动作达到极限状态时，对元器件进行功能性保护，避免元器件本身受到影响;第三，各个变频器的动作配合紧密。将PLC系统与变频器协调使用时，利用协调运动的方法，可以避免单一设备故障，而使起重机动作无法被控制的情况，从而消除产生的故障风险;第四，重要操作指令由主令开关直接控制。起重机在电气系统控制下，要保持长时间的稳定运行状态，每个动作指令既要确保能够单独执行，又要统一受主令开关控制。

2.2 变频器的选型

按照起重机的使用需求，在变频器选择过程中，要让搭配使用的变频器具有良好的速度调节功能，同时可以在使用时维持高性能的运转状态，使整体的安全系数得到提升。每个变频器都会依据实际的使用状况进行优化设计和安装，在变频器中增加进线电抗器，可以对后续产生的电气系统问题进行调控，保留凸轮控制器、电机以及抱闸等基本零部件，并采取电机滑环短接的方式，增强多其的控制能力。在变频器运转期间，如果部分电阻耗能较多，变频器也会根据自身需求进行能量的上升或下降调节，使电机时刻处于高性能的运转状态，并且可以消耗更少的能量，完成指定的动作指令，改造以后的变频器能够实现七段速度调节，具体见表1

2.3 起重机电气控制系统改造的关键点

电气系统控制下的起重机经常会出现故障，根据不同故障进行原因分析发现，多数故障与其电阻负荷过大有关，所以，在特定位置安装变频控制系统，能够有效降低故障发生几率。但是安装变频系统的过程中要注意，确保安装以后电气控制系统维持良好的控制状态，并且在起重机长时间运转过程中，不会由于瞬间温度过高而出现燃烧等情况。一旦发生该问题，将会导致起重机无法被控制而产生溜钩现象，最终起重机会在调转物体难以控制的情况下，受惯性影响而对其他零部件造成二次损伤。改造过程中要注意，第一，合理控制体重物的停止点。当起重机的变频控制体系缺失时，起重机将无法按照给出的指令开始或停止工作。部分区域的瞬时电流过大会导致相应的变阻产生更大的热量，从而出现零部件损伤情况。根据变频PLC的控制需求，当变频器整体工作效率下降或停止工作时，某些区域的瞬时温度会更高，而系统会对这些数据进行采集，从而发出抱闸、断电的指令;第二，控制升降阶段要点。升降机运转期间，部分电阻温度过高导致升降机超出限额标准，对周边的零部件造成损伤，进而引发电机烧毁等问题，所以在进行检测过程中，要利用安装的变频设备及时查询电流的变化数据，通过自动化系统给出抱闸、松开指令，确保升降更加安全。

2.4 起重机电气控制系统改造的保障措施

设计人员在完成起重机电机系统优化的过程中，可以根据实际需求对零部件采取必要的保障方法：第一，隔离已经完成改造的起重机，消除电磁干扰造成的影响。当起重机的电气控制系统被升级优化以后，起重机本身要处于隔离状态，避免在对其他零部件进行优化时，由于电磁干扰问题，对已经完成改造的起重机产生影响，具体的防护措施为，在电频调速器和电动机之间加装 II 滤波器，如图2所示;第二，对操作人员进行岗前培训。操作者要具备良好的专业能力，既要了解起重机的维修保养方法，又可以知道正确的使用方式，进行电气系统故障排查过程中，要先消除人为因素产生的影响，之后根据起重机的检查周期，定期进行检修和维护，及时发现故隐患问题。相关部门的工作人員在上岗后，也要根据公司要求学习专业技能知识。在正规的培训机构获取基本技能后，可以通过实际操作的方式，对电气控制系统的知识进行巩固，并合理对电气控制系统的原部件进行改造和升级，提高该系统的运转效率。

3、起重机电气控制系统优化改造后的成效分析

将起重机的电气控制系统进行维护和升级，第一，要先从PLC控制系统着手。在PLC体系进行完善和优化的同时，确保被优化以后的系统具有更好的操控能力。稳定的操作系统可以降低不必要波动的出现，维持起重机运转过程的安全;第二，提高起重机的使用寿命。优化以后要实现操作指令的精准调控，确保及时进行短时间内反复的启停动作，也不会因瞬时电流过大而产生过高的温度，从而对零部件进行保护。合理调节温度可以让电机产生最小的损伤，从而降低不必要的成本支出;第三，降低故障发生几率。稳定以及安全的控制系统是降低几率的重要方式，比如：经过改造以后，故障几率可以由每月的五次降到两次，每一次维修过程都会提高成本，所以要确保故障率降低以提高工作效率。

综上所述，有效对PLC控制系统进行优化和升级，是降低电气控制系统故障率的重要方式，也只有对各系统进行完美的升级和匹配，才能对故障进行控制，使起重机维持高效的工作性能，并达到节能降成本的效果。

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