淺析基于起重機電氣控制故障的改造設(shè)計

計強

摘要：起重機是機械行業(yè)常用設(shè)備之一，隨著電氣智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，起重機電氣控制系統(tǒng)日益完善。但是通過實踐調(diào)查起重機在運行中仍然存在電氣控制故障問題，本文結(jié)合多年工作實踐，立足于對傳統(tǒng)起重機電氣控制故障的分析，闡述改進起重機電氣控制故障的具體設(shè)計方案，以此提高起重機電氣控制性能，保證其安全操作。

關(guān)鍵詞：起重機;電氣控制系統(tǒng);故障

0 ?引言

起重機是現(xiàn)代機械行業(yè)生產(chǎn)的常用設(shè)備之一，由于起重機工作環(huán)境比較惡劣，尤其是塔式起重機多在環(huán)境復(fù)雜的建筑工地操作，因此保證起重機控制系統(tǒng)性能的安全高效是保證建筑工程安全的關(guān)鍵因素。根據(jù)對起重機故障比例的分析，電氣控制系統(tǒng)故障約占45.3%，由此可見基于起重機電氣控制系統(tǒng)故障提出具體的改進方案具有重要的現(xiàn)實意義。

1 ?起重機電氣控制系統(tǒng)存在故障的分析

起重機是建筑行業(yè)常用的設(shè)備，根據(jù)多年工作實踐調(diào)查，起重機電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生率是比較高的，根據(jù)調(diào)查起重機電氣故障5次/月。分析電氣控制系統(tǒng)的故障原因主要包括：一是人為因素。起重機電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生與平時的操作有關(guān)，例如當(dāng)起重機操作人員不按規(guī)定長時間使用時，由于電機負載時間過長就會導(dǎo)致電動機燒壞[1];二是非人為因素。起重機電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生的原因很多，例如轉(zhuǎn)子電阻被燒壞，轉(zhuǎn)子電阻在工作重被燒壞的主要因素就是電阻運行的問題過高造成的，比如起重機在每次開機時都會引起溫度的變化，而頻繁的開關(guān)機則會使得轉(zhuǎn)子電阻的溫度瞬間提升，從而容易引起因電子電阻燒壞導(dǎo)致電機故障。分析起重機電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生根本因素就是起重機電氣控制系統(tǒng)所存在的缺陷。起重機的拖動裝置一般采取的繞線式交流異步電機，電氣控制系統(tǒng)采取的凸輪控制器、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，此種控制系統(tǒng)最大的缺點就是：其屬于能耗型，存在能耗消耗大，而且其調(diào)速的范圍也比較小;系統(tǒng)抱閘是在運動狀態(tài)下實現(xiàn)的，其對于起重機的制動器損耗是巨大的，尤其是閘皮的磨損現(xiàn)象非常嚴重;繼電器-接觸器在頻繁切換的時候?qū)τ诳刂葡到y(tǒng)元部件的影響是非常大的，故障率是非常高的[2]。

由于起重機工作環(huán)境比較惡劣，例如在建筑工程項目中由于起重機每天需要面臨粉塵、灰土等有害氣體的影響，經(jīng)過會發(fā)生電器控制系統(tǒng)故障問題。通過總結(jié)相關(guān)文獻資料，造成起重機電氣控制系統(tǒng)故障的根本原因是PLC，因此本文采取設(shè)計基于PLC控制器的起重機控制系統(tǒng)。

2 ?起重機電氣控制系統(tǒng)故障的改造設(shè)計方案

2.1 PLC 選型及設(shè)計

PLC是以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置。隨著我國智能技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的種類越來越多，型號越來越復(fù)雜，因此針對起重機工作的環(huán)境特點，選擇適合起重機的PLC。具體設(shè)計方案見圖1所示。

基于起重機電氣控制系統(tǒng)所出現(xiàn)的控制故障，本次設(shè)計的PLC電氣自動控制系統(tǒng)需要具備以下功能：①PLC具有閉鎖啟動功能。由于起重機屬于大型機械設(shè)備，因此為了保證施工安全，維護設(shè)備操作人員的安全，基于PLC的自動控制具有自動閉鎖功能，也就是設(shè)備操作人員在啟動設(shè)備前必須要保證主令控制器全部切至零位，然后在所有操作歸零后才能接通主電源，這樣有效的避免了因某些操作不到位而出現(xiàn)安全事故的發(fā)生;②每個動作指令都具有保護功能，例如主鉤鋼絲繩要有提升限位，這樣當(dāng)各個部位出現(xiàn)故障后只是影響相關(guān)保護動作本身，不會影響到其他元器件的工作性能;③PLC要與起重器所有的變頻器進行相結(jié)合，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后只會影響到起重機拖動的動作，不會造成嚴重的故障風(fēng)險;④起重機重要設(shè)備動作指令完全由主令開關(guān)進行操作，這樣保證起重機電氣控制系統(tǒng)的平穩(wěn)[3]。

2.2 變頻器的選型

基于安全管理和高性能運行的要求，起重機改造的理念為利用四臺變頻器控制五臺電機，以此達到變頻調(diào)速的目的。本次改造所使用的變頻器主要是Rockwell 公司PowerFlex系列變頻器，為了減少故障發(fā)生，本次改造中對每臺變頻器都進行了優(yōu)化設(shè)計，例如在每臺變頻器中增加一臺進線電抗器。改造后電氣控制系統(tǒng)只保留凸輪控制器、電機以及抱閘，將電機滑環(huán)處短接。由于變頻器在運行的時候會處于再發(fā)電狀態(tài)，因此變頻器需要制動電阻耗散這部份能量。而變頻系統(tǒng)在下降或者上升操作時，由于電機正處于發(fā)電運行狀態(tài)，因此需要解決的就是如何將電機的電能進行消耗。所以本次改造的變頻器主要是通過七段速度控制[4]，具體見表1。

2.3 起重機電氣控制系統(tǒng)改造的關(guān)鍵點

基于起重機電氣控制系統(tǒng)的故障特點，其主要是由于沒有實現(xiàn)變頻控制導(dǎo)致電阻負載過大而燒壞，因此電氣控制系統(tǒng)改造的關(guān)鍵就是實現(xiàn)變頻控制。根據(jù)調(diào)查造成起重機電氣控制系統(tǒng)瞬間被燒壞的原因就是在起重機停止后瞬間出現(xiàn)的溜鉤現(xiàn)象，也就是起重機停止作業(yè)后，由于慣性等造成的瞬間電流增大而造成電阻被燒壞，因此此在改造中需要加強以下關(guān)鍵點的控制：①起重物停止控制要點。由于缺乏變頻器控制導(dǎo)致在起重物停止工作時會出現(xiàn)停機不及時，而導(dǎo)致瞬間電流復(fù)合過大的問題，因此基于變頻PLC的控制關(guān)鍵點就是設(shè)定變頻控制指令，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到停止頻率時，系統(tǒng)就會發(fā)出抱閘斷電的指令;②升降階段控制要點。升降階段所產(chǎn)生的熱量比較大，其對電阻的影響非常高。例如當(dāng)升降速度高于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后，就會超出電子的壓力，從而容易引發(fā)電機燒壞故障。因此在起重機升降階段變頻器達到設(shè)定值后，電氣控制系統(tǒng)就會做出檢測電流的指令，當(dāng)確認電流足夠大后，在發(fā)出抱閘松開指令，以此保證升降的安全性[5]。

2.4 起重機電氣控制系統(tǒng)改造的保障措施

為了順利實施起重機電氣控制系統(tǒng)的改造，需要做好以下保障對策：一是做好起重機的隔離措施，避免電磁干擾而影響起重機的電控系統(tǒng)。隨著起重機受電磁干擾的影響比較小，但是在特定的施工場所下，尤其是在電力工地施工中，起重機的變頻控制系統(tǒng)可能會存在電磁干擾的現(xiàn)象，因此需要做好防干擾措施，具體就是在電頻調(diào)速器和電動機之間加裝II濾波器，見圖2所示。二是加強人員培訓(xùn)，提高起重機維修檢修人員的專業(yè)技能。根據(jù)調(diào)查雖然起重機電氣控制系統(tǒng)故障的發(fā)生存在非人為因素，但是如果能夠做到定期檢修、定期維護則會降低故障的發(fā)生，因此相關(guān)部門必須要加強對起重機檢修人員的教育培訓(xùn)，提高檢修人員的專業(yè)技能。比如設(shè)備管理公司要定期對起重機操作人員進行培訓(xùn)，重點是開展關(guān)于電氣控制系統(tǒng)知識的培訓(xùn)，讓他們掌握改造后的電氣控制系統(tǒng)的元部件等。

3 ?起重機電氣控制系統(tǒng)改造后的成效分析

基于起重機電氣控制系統(tǒng)故障，從優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)入手，經(jīng)過改造后，起重機的工作性能得到提升、故障發(fā)生率等有了很大的下降，可以說改造后的起重機達到了預(yù)期的效果：一是通過采用PLC控制系統(tǒng)后，起重機的控制系統(tǒng)能加簡單、便捷，尤其是在起重機工作的過程中，無論是啟動、加速還是停止操作等基本上實現(xiàn)了平穩(wěn)操作的目的，減少了負載波動較大的缺陷;二是提高了起重機的使用壽命，有效降低了企業(yè)的成本支出。通過改造后，起重機啟動的時候?qū)崿F(xiàn)了對電流的自動控制，這樣頻繁的啟動或者停止對電機而言達到了熱損降低的要求，從而有效延長了電機的使用壽命;三是減少了起重機電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生率，提升了起重機電氣控制系統(tǒng)的工作性能。例如經(jīng)過本次改造之后，起重機的故障發(fā)生率由過去的5次/月下降到2次/月，大大提高了起重機的工作效率。

總之，起重機電氣控制系統(tǒng)故障是影響起重機工作性能的重要因素，因此通過利用PLC控制系統(tǒng)改造起重機電氣控制系統(tǒng)不僅能夠有效減少故障發(fā)生率，而且還大大提高了起重機的工作性能，實現(xiàn)了節(jié)能增效的目的。

參考文獻：

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[3]熊子超，熊睿智，樂文強.機械電氣控制裝置PLC技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車世界，2019（19）：121.

[4]馮威，許振周.機械自動化控制中的質(zhì)量控制研究[J].內(nèi)燃機與配件，2018（14）：187-188.

[5]張玉湖，張利，李勝周，潘力戈.PLC與變頻器在橋式起重機電氣改造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（01）.