QM1633型門座式起重機旋轉機構電控系統改造

楊志明

摘 要：本文分析了QM1633型門座式起重機旋轉機構原有電控系統存在的問題。針對存在的問題，制定了QM1633型門座式起重機旋轉機構電控系統由轉子串電阻調速升級為變頻調速的改造方案。本文從問題分析、改造方案、改造效果等方面進行了詳細的闡述。

關鍵詞：門座式起重機；旋轉機構電控系統；變頻器；改造

本單位擁有QM1633型門座式起重機2臺。此2臺門機2003年投入使用。距今已經服役14年。旋轉機構改造前，電控系統設備老化嚴重，旋轉機構故障頻發。2014～2015年度，門機旋轉機構共發生故障18次，其中電控故障14次，機械故障4次。

1 旋轉機構電控系統存在問題

QM1633型門座式起重機的旋轉機構，由兩臺繞線式異步電動機作為驅動動裝置，利用轉子串電阻進行調速。整個電控系統用接觸器實現電機的正反轉控制和投切電阻調速控制。在使用過程中，存在以下問題：

（1）電控系統設備落后，故障率高。旋轉機構單臺電機需要六臺接觸器來實現控制，損壞頻率較高，平均每個月需要更換一臺接觸器，每半個月檢查一次接觸器觸點。工作量大，故障不容易控制。

（2）電控系統監控保護措施不全。整個旋轉機構的電控系統，只有一套過流保護。在出現電源缺相或接觸器觸點接觸不是等情況時，電控系統不能及時報警，旋轉機構帶病運行致使更大的故障出現。

（3）調試方式落后，機械沖擊大。旋轉機構使用的轉子串電阻調速屬于有極調速，調速不平穩。在門機滿負荷作業時，旋轉機構在啟動、加減速、停止等工況下，旋轉機構減速機會出現明顯闖動。旋轉機構減速箱在高頻率大負荷沖擊下斷軸故障頻發。

（4）旋轉機構兩臺電機控制不同步。由于電控系統存在的缺陷，旋轉機構兩臺驅動電機在啟動，換擋時不能夠實現同步。啟動快的一臺電機電流較大，長時間使用，單側電機繞組燒毀和接觸器觸點燒毀的故障頻發。

（5）轉子串電阻調速控制方式，能源利用率低。旋轉機構在調速過程中，一部分電能會消耗在調速電阻上。造成能源的浪費。

2 旋轉機構電控系統改造方案

針對QM1633型門座式起重機旋轉機構出現的一系列問題，為了減少旋轉機構故障次數，經單位研究決定，對QM1633型門座式起重機旋轉機構電控系統進行升級改造，用變頻調速電控系統代替轉子串電阻調速電控系統。

2.1 旋轉機構電控系統硬件改造

（1）驅動電機改造。旋轉機構驅動電機還使用原有的45kW繞線式異步電動機。將電機轉子繞組抽頭按照星形接法進行封接。在電機非輸出軸側加裝支架，安裝H-LF-60B-S89A型安川品牌增量型編碼器。再加裝GP-280型軸流風機對電機進行強制風冷。

（2）變頻器及附屬設備的選定。旋轉機構有兩臺45kW電機，選用兩臺型號為CIMR-A4A0139 55kW安川品牌變頻器分別驅動。每臺變頻器配用一臺進線電抗器、兩臺制動單元和兩臺制動電阻。

（3）配電柜改造。QM1633型門座式起重機，旋轉機構電控系統和變幅機構電控系統在同一個配電柜中。該柜的名稱是“變幅/旋轉控制柜”。配電柜內旋轉機構電控系統全部拆除，變幅機構電控系統保持不變。將旋轉機構電控系統改造所需要的電氣元件全部裝入配電柜內。配電柜外動力電纜使用原有電纜，控制柜內電纜全部使用新電纜。

2.2 旋轉機構電控系統軟件改造

（1）PLC程序優化。QM1633型門座式起重機PLC自動化控制系統采用的是歐姆龍品牌，CPU型號是C200HE。門機原有的PLC硬件設備無需改動。將PLC原有程序破譯，在原有PLC程序上進行優化，再將優化后的程序重新寫入PLC中。優化后的PLC程序，要能夠符合變頻改造后的控制要求。編程軟件是CX-Programm。

（2）變頻器控制參數優化。旋轉機構電控系統采用變頻調速閉環矢量控制。變頻器參數重新進行調試以滿足旋轉機構的工況要求。最終實現方式是，門機操作人員通過操作主令控制器，將旋轉方向，旋轉檔位等信號傳入PLC中，PLC通過輸出模塊，控制變頻器的多功能端子，經過變頻器輸出給驅動電機，實現旋轉機構的無靜差調速控制。

2.3 施工方案

（1）前期準備。根據電氣元件表采購此次改造所需要的備件。破譯原有的PLC程序，重新設計電氣元件布局，重新設計電控圖紙。

制定施工進度，本次施工預計在七個工作日內完成。

（2）舊設備拆除。拆除配電柜內旋轉機構的電控系統，包括空氣開關，接觸器、電流繼電器等。拆除調速電阻。拆除旋轉驅動電機轉子滑環。保留配電柜外動力電纜并做好標記。

（3）新設備安裝。配電柜內設備安裝可以和驅動電機改造、制動電阻安裝同時進行。配電柜內設備安裝時要注意安裝順序，要遵循先上后下，先大件后小件的原則。線號要與原有線號相銜接。

（4）設備調試。設備安裝完成后，施工方要進行自檢，自檢合格后由調試方進行驗收檢查。包括外觀檢查，校線，檢驗合格后出具驗收報告。調試人員將按照旋轉機構的工況要求進行自動化和傳動部分的調試。包括單機試運轉，整機聯動試運轉和帶負載整機聯動試運轉。調試完成后出具試驗報告。

3 旋轉機構電控系統改造效果

旋轉機構電控系統改造后，實現了無靜差調速，啟動加速柔和均勻，機械沖擊感明顯的降低，機構轉動平穩。改造后的旋轉電控系統具備了，過流保護，缺相保護，過載保護，接地保護，欠壓保護。保護全面，靈敏度高，有效的避免了旋轉驅動電機帶病運行。

QM1633型門座式起重機旋轉機構電控系統改造后的12個月內，旋轉機構出現電控故障4次，機械故障0次。故障數量比改造前明顯降低。本次改造取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]萬盛，施柏平，尤彥.PLC在門座起重機電控系統改造中的應用[J].梅山科技，2010，（3）：20-23.

（作者單位：唐山港集團港機船舶維修有限公司）