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论文-门座式起重机电气控制系统的改造
时间:2016-12-06 09:23澳门十大娱乐网址大全:wg点击数:

摘要:针对10吨门座式起重机电气控制系统频发故障,存在严重安全隐患的问题,采用可编程控制器(PLC)替代传统的电气控制方式,以提高其电气控制系统的可靠性和稳定性,对原有的电动机采用无PG矢量控制变频器进行调速控制,实现电机的柔和启动和零速制定,以提高其安全性。

关键词:门座式起重机电气控制系统

江苏镇江港口企业现有10吨门座式起重机两台,是企业散货作业的主力设备该设备电气控制系统部分采用的是传统的继电器接触器的控制方式,采用的接触器多为(CJ12等)老式的型号,其可靠性差、频出故障。其中有部分元器件属淘汰产品。机械大修后的故障95%都是电气部分故障。而这些常发故障造成设备在运行中的可靠性降低,所以经常因电气故障造成生产延误,影响了企业的服务质量和企业形象。因此,对该设备的电气控制系统进行技术改造。

一、技术改造的可行性分析

经过分析及论证,通过两台10吨门座式起重机的电气控制系统部分的技术改造,提升设备的稳定性和安全性是可行的。

1.故障分析

两台10吨门座式起重机的电气控制系统为传统的继电器接触器的控制方式,这种控制方式的特点决定了线路保护装置不可靠,且指示、报警装置较少,操作起来很不直观。其中最主要的是缺少反向运转的延时功能和顺序起动的延时功能,以至于不能有效防止司机人为或下意识的反接制动和起动过快等不规范操作。此外,该系统电气线路采用的是常规串接起动电阻形式控制,起动时产生的冲击力易造成制动器、闸瓦易磨损,门机钢结构易变形,起升减速箱齿轮寿命缩短,连轴接容易打反档、易断,减速箱底座钢结构易开裂,从而造成整机故障待机时间较长,影响生产效率。

2.改造思路

参照现有的16吨门座式起重机起升机构采用变频器驱动的结构形式,可采用可编程控制器PLC成熟技术和变频器驱动对10吨1、2号门座式起重机起升机构电气系统进行改造。

3.改造方案

针对故障产生的原因,为全面改善本系统的主要功能,拟对10吨1、2号门座式起重机的电气控制系统进行重新设计创新,采用可编程控制器PLC对电气系统进行改造,控制系统的联锁关系由可编程控制器PLC内部逻辑运算来完成,采用可编程控制器PLC和变频器驱动对系统进行改造后必然会大大提高10吨1、2号门座式起重机起升机构的可靠性,在使用变频器调速以后,整机在起升机构工作时受到的冲击力将大为减小,对制动器闸瓦不易磨损、门机钢结构不易变形、减速箱底座钢结构不易开裂,恢复设备原有的功能,把设备故障率降至最低,使设备安全稳定可靠的运行,从而提高设备的工作效率。

二、技术改造的具体实施

10吨门座式起重机变幅驱动机构采用安川CIMR-G5A4045型变频器,该变频器为恒转矩输出PWM交-直-交形式,功率45KW。变幅驱动机构以变频器作为控制核心,变频器输入380V三相交流电,根据工况调整设置变频器启动、停止的电压变化率,实现变幅机构平稳启动和停止;根据控制信号选择输出不同的设定电压,通过控制信号及设定值实现10吨门座式起重机的不同速度变幅功能;检测电动机性能,经过无PG矢量算法控制驱动变幅电动机。

系统主回路如图1所示,变幅驱动机构由一台变频器组成380V电源。

图1系统主回路原理图

引入到断路器3ZK1,PLC输出点10.07接通24V继电器K7,K7J接通变频器供电接触器3ZC,使变频器处得电状态,当司机室变幅控制手柄处于低速时,24V继电器供给变频器低速控制端信号,使变频器以低速启动并运行;当司机室变幅控制手柄处于高速状态时,24V继电器供给变频器高速控制端信号,使变频器以高速启动并运行;当手柄处于回零状态,变频器延时减速并直流制动。当变频器出现故障时利用变频器故障触点点亮故障指示灯,变频器正常运行时点亮运行指示灯。变幅电动机安装热保护继电器,当电动机出现内部短路、绝缘不良或缺相时,热保护继电器给出触点信号至PLC,切断变频器的供电,以保电气控制系统的安全。

PLC系统采用的是欧姆龙企业的CPM2A PLC,它是欧姆龙企业小型PLC家族中的一员。该PLC提供先进的编程特性,便于安装。控制系统中大约有80个开关量输入点,30个开关量输出点,没有模量输入输出点。 CPM2A作为控制系统核心部件,进行逻辑和数字运算,协调整个控制系统各部分的工作。电源单元中采用带屏蔽层的隔离变压器,DC24V电源由直流稳压电源提供,从而减少对PLC的干扰,避免PLC接收到错误信息。系统共有2组I/O模块,PLC输入输出原理图由图2、3、4所示。

图2变幅机构PLC原理图

图3起升机构PLC原理图

图4旋转机构PLC原理图

电气控制系统由司机室联动台、变幅电气屏、旋转电气屏、起升电气屏、电源电气屏、行走电气屏、电机及其连接电缆组成。联动台上设计有主令开关控制变幅、旋转、起升机构动作,主令开关每个方向分正、反2档、低速、中速、高速3档和1个空档。PLC程序设计采用欧姆龙企业的CX-Program编程App重新编写的。PLC程序设计采用了模块化的编程方法,可读性强,易于维护。各个机构间的互锁及终点限位都做在了PLC程序里并有声光报警,PLC程序主要包含以下模块:输入信号处理模块;设备故障处理模块;输出信号处理模块。

三、技术改造后的效果

1.直接经济效益

项目改造完成后,降低修理工时(单台)500小时,按单价9元/小时计算,可节约修理工时费4500元,两台节约修理费用9000元。项目改造完成后,可以提高整机完好率(单台)6%,全年可增加完好台时500小时,按平均利用率70%计算,500×70%=350小时,可增加工作台时350小时,按平均台时产量250吨/小时计,350×250=87500吨,87500吨×7元/吨=612500元。两台可增收1225000元。

2.间接经济效益

(1)10吨门座式起重机是散货作业的主力设备改造完成后,不仅可缓解目前散货生产得窘迫状况,多创营收,而且能挽回不良影响,争取更多货源,对以后散货货源的组织、生产的开展都是无法估量的。

(2)改造完成后,可消除控制部分的安全隐患,潜在的安全效益是无法用金钱来衡量的。

四、结论

变幅机构经过变频器改造后,高、低速状态时的速度依然保持原系统的速度值,经模拟、空载、重载多次调试后,系统投入运行以后,结果显示系统工作稳定,达到了设想的目的,消除了设备隐患,节约了能源和备件消耗。高可靠性是电气控制设备的关键性能要求。PLC采用现代规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百分之一甚至数千分之一,故障率大大降低。基于PLC监控系统,具有自动互锁控制、故障报警等多种功能,并且可靠性极高,同时减轻了电气维修人员的劳动强度,提高了系统的工作效率。


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