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40吨固定式起重机电控系统改造

发布时间:2017-04-26 22:53:00 点击:    

 
 

概述:
本文以电气控制系统改造为题,进行一些探讨与分析,进行改造的起重机的机构主要分为:起升,变幅,旋转三大部分,但是不能行走,这样在生产中带来不便, 它的主要电气控制元件使用继电器和交流接触器。因为各机构起重电机功率相当大,原系统采用了转子串电阻进行降压起动,调速也是通过切除转子所串电阻进行调速。转子串电阻方式调速范围窄,很难达到集装箱低速着地的要求。由于该机使用频率高、线路复杂、接头触点多、耗电量大、起动电流大等原因造成需经常更换交流接触器,导致故障率高,使该机存在运行质量低等弊端。这次改造中,主要是对起升、变幅、旋转三大机构的电控系统进行改进,并增加大车行走控制系统。在这次改造中整机的电气控制系统由我负责安装与调试。

我公司是外运系统中的一个仓码公司,以集装箱装卸业务为主,大型起重机装卸机械是我司主要的生产工具。随着我司业务的发展,一些旧设备日渐跟不上生产需要,必须对其进行改造,使其发挥较高效能。现我司有四台龙门吊及三台40吨固定式起重机,为了提高生产能力,促进我司的发展。在2003年10月我司对自编为3号的GQ4024集装箱固定式起重机进行改造,将其改造成MQ4035轨道式门座起重机,改造后提高了控制系统的自动化程度,简化操作,大大地提高了工作效率及方便了装卸船作业。下面分三部分对改造后电气系统进行叙述。

一、控制系统硬件配置

该机改造后的控制硬件配置主要由操纵手柄、PLC、变频器、起重电机及其它电

气单元组成。如下(图1)所示:

我们采用日本欧姆龙PLC与日本安川变频器,取代了原有的电气元件。我利用PLC代替了继电器逻辑控制,使可靠性大为提高,用变频器调速解决了电机转子串联电阻调速存在的起动电流大、电气元件故障率高、调速范围窄的问题。

二、PLC控制系统

(1)PLC选择

PLC是通过监视输入信号和提供输出信号进行工作的,根据原系统现场输入,输出信号的作用及数量,结合改造要求选择PLC型号规格。通过对本机工况的了解,实际需要输入点84个,输出点需要40个。可选用欧姆龙C200HE系列PLC,输入模块选用IA222,16个点,输出模块选用OC225,16个点,但是考虑输入或输出点寿命的问题及日后系统扩展的需要,故实际中使用6个输入模块共96点,4个输出模块共64点。这样可以大大满足日后要求。

(2)PLC输入 输出`模块化(I/o图)设计

为了直观,看图方便,使用每一个模块分组设计,如咐图纸MQ4035—C2至MQ4035—C12所示。第一二组模块作为起升、行走、变幅、回转操纵手柄信号输入点,第三、四、五、六组作为各机构运行电路条件,保护限位,及机构保护回检测电路的信号输入点。第七、八组模块作为起升、行走、变幅、回转档位信号输出点。第九、十组模块作为中继及指示灯信号输出点。这样需要更换模块也比较方便。

(3)PLC软件的使用
PLC程序采用欧姆龙CX-Programm versin3.0软件程序来编写的,此软件可以分不同项目名称来进行编写的,项目分为:电源、起升、变幅、旋转、行走五部分编写,这样看起来比较直观,而且我们维修中也相当方便。具体梯形图请看咐梯形图纸的各部分程序。

三、变频器调速系统

在装卸作业中,机械是由起重电机拖动运转的,电动机的运行总是和其各个机构联在一起的,起重电机和工作机构两者之间的机械活动构成了一个机电运行整体,在选用变频器调速时考虑电动机特性与实际各机构中的应用。因本起重机有四个运行机构,不同的机构需选择各种不同功率的变频器。我们选择了日本安川公司VARIPEED—616G5系列高性能变频器。下面将具体从起升机构叙述变频器的控制原理,其它机构变幅、旋转、行走与起升基本相同。

(1)起升机构

在起重机中,其核心是起升机构,它是个位能变动性负载,因此,要求系统具有良好的动态性能,这样才能使货物平稳,安全可靠。如果利用原有绕线式起重电机使用变频调速控制是很难满足条件的,故此电动机必需更换成更具有优越性,高性能的变频专用电动机,选用了132kw电动机,故选用型号为CIMR-G5A4185变频器。带PG—B2速度反馈卡进行闭环矢量控制,系统具有足够的硬度和良好的低频转矩特性。即使在0HZ电动机也能以150%额定转矩输出,且速度控制精度达到1:1000。因采用了变频器控制,制动器的松闸和抱闸都由变频器给出的信号来控制,采用闭环控制后,变频器中加了PG—B2速度反馈卡可以很好的检测到脉冲编码器发生的信号,从而检测电动机的实际转速,实现零速抱闸。这样就可以大大的延长制动器闸瓦、减速箱、钢丝绳的寿命。

起升机构控制线路见咐图纸:MQ4035-H1~MQ4035-H3;

在起升机构变频器的控制回路端子的连接电路图如下(图2):

其中用到数子字输入端1号2号,多功能输入端子4、6、7、11号,多功能输出端子9、10、18、19号,其中1号和2号端子为变频器定义好的正转,反转端子,其中1号或2号端子与11号公共端子接通时,电动机作正转或反转运行,不接通时电动机停止。4号端子在变频器出厂时默认为故障复位,实际设计也是故障复位,所以变频器参数中H1—02不用更改,6号端子7号端子分别定义为多速1、多速2。变频器中参数相应改为H1—04=3 , H1—05=4其中6号7号端子都与11号公共端子不接通时变频器输出速度1;6号端子与11号公共端子接通,7号不接通时,变频器输出速度2;6号不接通,7号接通时,变频器输出速度3;6号、7号端子都同时接通时,变频器输出速度4。其中在变频中d1-01、d1-02、d1-03、d1-04中分别设定4种速度的频率。9号10号端子为运行频率检出信号,则H2-01设为的37,有频率输出时9号10号端子接通。当变频器有故障时18号20号端子由常开变为常闭信号,信号反馈到PLC使起升机构停止工作。

(2)变幅机构

变幅机构控制线路见咐图纸:MQ4035-L1~MQ4035-L3;
变幅机构也是一个位能变动性负载,使用一台22KW变频专用电动机驱动。选用CIMR-G5A4037变频器,利用交流变频调速,开环V/F控制模式。

(3)旋转/行走机构

旋转机构控制线路见咐图纸:MQ4035-S1~MQ4035-S3;
行走机构控制线路见咐图纸:MQ4035-G1~MQ4035-G3;

(a)旋转机构:原旋转机构是2台22KW绕线式电动机,考虑改造中既要节约成本开支,又能满足技术和生产要求的情况下,将原来电动机不更换,分别把两台电动机的转子绕组抽头端子短接,去除原来的电阻不要,可实现变频调速的要求。

(b)行走机构:行走机构是非工作性机构亦是这次改造加装的机构,左腿与右腿共使用了8台变频专用电动机驱动。

在本起重机工作中,防止事故的发生,旋转与行走机构是不能同时运行的。且经计算,旋转总功率为:2台X22KW=44KW;行走总功率为:8台X5.5KW=44KW;鉴于以上因素,故采用共用一台变频器调速,使用CIMR-G5A4075变频器,利用交流变频调速,开环V/F控制模式。

>>>本文相关图纸下载

四、结后语

本起重机改造后已运行有三个多月了,一切性能稳定良好,维护工作量也减小。与改造前比较有以下优点:

1、制动器闸瓦损耗少,制动轮无磨擦发热现象。
2、在机械机构方面,减速器和传动部份噪音减少了。
3、在节能方面,改造前每月用电量6640度左右,改造后用电量5680度左右,大概节约了14.5%。
4、改造后经过一段时间检查,钢丝绳磨损的程度大大减少。
5、通过使用PLC、变频器控制后,在检修中十分方便快捷。
6、据司机驾驶反应,整机运行中较平稳,工作效率也相对提高。

 
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