10 t門座式起重機電氣控制系統的改造

史建軍，劉建波

(鎮江技師學院，江蘇 鎮江 212113)

0 引言

某公司現有10 t門座式起重機2臺，該設備電氣控制系統部分采用的是傳統的繼電器—接觸器的控制方式，其可靠性差、頻出故障。檢修后的故障95%都是電氣部分故障，而這些常發故障造成設備在運行中的可靠性降低，經常造成生產延誤，因此，需對該設備的電氣控制系統進行技術改造。

1 技術改造的可行性分析

1) 故障分析

兩臺10t門座式起重機的電氣控制系統為傳統的繼電器—接觸器的控制方式，這種控制方式的特點決定了線路保護裝置不可靠，且指示、報警裝置較少，操作起來很不直觀。其中最主要的是缺少反向運轉的延時功能和順序起動的延時功能，以至于不能有效防止人為或下意識的反接制動和起動過快等不規范操作。此外，起動時產生的沖擊力易造成制動器、閘瓦易磨損，門機鋼結構易變形，起升減速箱齒輪壽命縮短，連軸接容易打反檔、易斷，減速箱底座鋼結構易開裂，從而造成整機故障待機時間較長，影響生產效率。

2) 改造思路

參照現有的16t門座式起重機起升機構采用變頻器驅動的結構形式，采用可編程序控制器PLC成熟技術和變頻器驅動進行電氣系統改造。

3) 改造方案

針對故障產生的原因，為全面改善系統的主要功能，擬對電氣控制系統進行重新設計創新。控制系統的聯鎖關系由可編程序控制器PLC和變頻器驅動對系統進行改造后必然會大大提高起升機構的可靠性。在使用變頻器調速以后，整機在起升機構工作時受到的沖擊力將大為減小，使設備更加安全穩定可靠地運行，從而提高設備的工作效率[1]。

2 技術改造的具體實施

起重機變頻驅動機構采用CIMR-G5A4045型變頻器，該變頻器為恒轉矩輸出變頻驅動機構以變頻器作為控制核心，根據工況調整設置變頻器啟動、停止的電壓變化率，實現變頻機構平穩啟動和停止；根據控制信號選擇輸出不同的設定電壓及設定值實現起重機的不同速度變頻功能；檢測電動機性能，經過無PG矢量算法控制驅動變頻機構。

系統主回路、變頻控制、起升控制及變頻起升控制如圖1-圖4所示。

圖1 系統主回路原理圖

圖2 變頻控制原理圖

圖3 起升控制原理圖

圖4 變頻旋轉控制原理圖

電源引入到斷路器3ZK1，PLC輸出點01、02接通24 V繼電器K7，K7接通變頻器供電接觸器3ZC，使變頻器處于得電狀態。當司機將變幅控制手柄處于“低速”時，24 V繼電器供給變頻器低速控制端信號，使變頻器以低速啟動并運行；當司機將變幅控制手柄處于“高速”狀態時，24 V

繼電器供給變頻器高速控制端信號，使變頻器以高速啟動并運行；當手柄處于“回零”狀態，變頻器延時減速并直流制動。當變頻器出現故障時，“故障”指示燈亮，變頻器正常運行時，“運行”指示燈亮。變頻電動機安裝熱保護繼電器，當電動機出現內部短路、絕緣不良或缺相時，熱保護繼電器給出信號至PLC，切斷變頻器的供電，以保電氣控制系統的安全。

PLC系統采用的是CPM2A PLC，該PLC提供先進的編程特性，便于安裝。控制系統中大約有80個開關量輸入點，30個開關量輸出點，沒有模量輸入輸出點。 CPM2A作為控制系統核心部件，進行邏輯和數字運算，協調整個控制系統各部分的工作。電源單元中采用帶屏蔽層的隔離變壓器，DC24V電源由直流穩壓電源提供，從而減少對PLC的干擾，避免PLC接收到錯誤信息[2]。

電氣控制系統由聯動臺、變頻電氣屏、旋轉電氣屏、起升電氣屏、電源電氣屏、行走電氣屏、電機及其連接電纜組成。聯動臺上設計有主令開關控制變頻、旋轉、起升機構動作，主令開關每個方向分正、反2檔、低速、中速、高速3檔和1個空檔。PLC程序設計采用CX-Program編程軟件重新編寫。PLC程序設計采用了模塊化的編程方法，可讀性強，易于維護。各個機構間的互鎖及終點限位都做在了PLC程序里并有聲光報警，PLC程序主要包含以下模塊：輸入信號處理模塊；設備故障處理模塊；輸出信號處理模塊[3]。

3 技術改造后的效果

1) 直接經濟效益

項目改造完成后，降低修理工時(單臺)500h，按單價9元/h計算，可節約修理工時費4 500元，2臺節約修理費用9 000元。項目改造完成后，可以提高整機完好率(單臺)6%，全年可增加完好臺時500h，按平均利用率70%計算，500×70%=350h,可增加工作臺時350h，按平均臺時產量250 t/h計，350×250=87 500t，87 500t×7元/t=612 500元。2臺可增收1 225 000元。

2) 間接經濟效益

起重機是散貨作業的主力設備，改造完成后，不僅可緩解目前散貨生產的窘迫狀況，多創營收，而且能挽回不良影響，爭取更多貨源，對以后散貨貨源的組織、生產的開展都是無法估量的。

改造完成后，可消除控制部分的安全隱患，潛在的安全效益是無法用金錢來衡量的。

4 結語

變頻機構經過變頻器改造后，高、低速狀態時的速度依然保持原系統的速度值，經模擬、空載、重載多次調試后，系統投入運行以后，結果顯示系統工作穩定，達到了預想的目的，消除了設備隱患，節約了能源和備件消耗，同時減輕了電氣維修人員的勞動強度，提高了系統的工作效率。

[1] 廖常初. PLC編程及應用[M]. 北京：機械工業出版社，2014.

[2] 蔡杏山. 圖解PLC、變頻器與觸摸屏技術[M]. 北京：化學工業出版社，2015.

[3] 黃永紅. 電氣控制與PLC應用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2011.