起重機電氣控制系統優化設計分析

徐志平

摘要：作為機械行業最常見的設備，起重機的應用更加普及。在電氣智能化系統不斷升級的過程中，根據實際的操作，對可能存在的問題進行故障分析和原因排查，并按照特定的解決方案，對整體解決過程制定了系統化措施。按照制定的系統及時排除電氣控制系統故障問題，針對特定的原因進行方案的預警，實現故障的最優化處理，既保證起重機的工作效率，又可以提高對電器的控制效果，從而達到安全操作的目的。

關鍵詞：起重機;電氣控制系統;故障

引言

起重機能夠應對惡劣的工作環境，因此被現代機械行業廣泛推廣。在進行大型貨物搬運過程中，需要應用塔式起重機完成更復雜的材料調動，所以起重機在港口碼頭比較常見。作為確保運輸貨物安全性較高的機械設備，起重機被更多應用領域所認可。目前，起重機出現電氣控制的系統問題較多，故障率約為45.3%，所以設計人員要根據出現的系統故障情況查詢產生原因，并對設計流程進行優化，或采取必要的糾正措施，降低問題的出現幾率。

1、起重機電氣控制系統存在故障的分析

眾多港口需要起重機完成貨物的調運，所以，這些場所也是起重機產生電氣故障較多的區域，通過對產生的問題進行數據匯總得知，每月都會出現5次左右的故障。此時，要對電氣系統控制下的問題進行具體分析：第一，考慮是否因人為因素而導致的故障。當操作者未按標準化流程完成調取過程，或者未及時對起重機進行系統排查，使起重機長時間處于高負荷運轉狀態，而導致電動機燒壞等問題;第二，非人為因素。起重機本身的運轉系統存在問題，各零部件也存在使用年限較長或不匹配等情況，比如轉子電阻被燒壞，由于在運轉過程中所受電阻較大而導致部分區間溫度升高而產生損傷，再比如起重機在開機初期會產生明顯的溫度變化，而操作人員反復進行開關機操作，導致電阻瞬間溫度過高，致使內部電阻被燒毀而出現電機故障問題。無論哪種故障原因，都要對電氣控制的系統進行排查，之后對產生的缺陷采取針對性的原因分析以制定解決方案。當起重機使用一般繞線式交流異步電機進行工作時，則要對該系統控制下的控制器、繼電器以及接觸器控制系統進行綜合分析，了解這種系統存在的致命缺點以后，才能根據使用需求完成設備的配置。出現問題后，起重機在運轉過程中則會有明顯的制動損傷情況，在制動的同時造成原有的磨損程度更加嚴重，進而對繼電器和接觸器等零部件造成破壞，提高故障發生幾率。

還有，某些工作場所的環境十分惡劣，比如：港口區域經常會出現狂風、暴雨等惡劣天氣，在這種環境下，相對穩定的電氣系統會受雨水沖刷或振動影響而出現系統故障問題，在找尋相關資料查明原因以后，對需要進行嚴格保護的PLC系統制定保護辦法，以維持更加穩定的控制系統。

2、 起重機電氣控制系統故障的改造設計方案

2.1 PLC 選型及設計

PLC系統的優勢在于，它可以通過微處理器將相對復雜的數字運算過程在系統中完成，從而完成指令的分配。我國現代科技水平的不斷提升，使得多數系統的智能率也逐步增高，在不斷研發的同時，出現了更多滿足市場需求的PLC種類，在相對復雜的環境下，PLC系統可以應對市場需求進行相應的匹配，從而提升工作效率，具體的設計方案如圖1所示。在了解電氣系統的控制方式和出現故障的基本原因后，設計人員參考起重機的電氣控制圖示，將其中包含的PLC電氣控制系統進行理論化的升級，使其具備更多功能，比如：第一，PLC具有閉鎖啟動功能。起重機等大型設備在運轉過程中會出現設備誤傷人員等情況，而在閉鎖啟動功能的約束下，PLC系統可以實現遠程自動識別和啟停控制。當起重機停止工作以后，全部線路必須切斷電源，不產生工作能力的情況下才能重新接通主電源，也只有這樣，才能消除無法完成對單一指令的控制而出現的安全事故問題;第二，單一操作指令都具備保護功能。比如：當起重機運轉時，鋼絲繩會具有一定的限位，這是確保在動作達到極限狀態時，對元器件進行功能性保護，避免元器件本身受到影響;第三，各個變頻器的動作配合緊密。將PLC系統與變頻器協調使用時，利用協調運動的方法，可以避免單一設備故障，而使起重機動作無法被控制的情況，從而消除產生的故障風險;第四，重要操作指令由主令開關直接控制。起重機在電氣系統控制下，要保持長時間的穩定運行狀態，每個動作指令既要確保能夠單獨執行，又要統一受主令開關控制。

2.2 變頻器的選型

按照起重機的使用需求，在變頻器選擇過程中，要讓搭配使用的變頻器具有良好的速度調節功能，同時可以在使用時維持高性能的運轉狀態，使整體的安全系數得到提升。每個變頻器都會依據實際的使用狀況進行優化設計和安裝，在變頻器中增加進線電抗器，可以對后續產生的電氣系統問題進行調控，保留凸輪控制器、電機以及抱閘等基本零部件，并采取電機滑環短接的方式，增強多其的控制能力。在變頻器運轉期間，如果部分電阻耗能較多，變頻器也會根據自身需求進行能量的上升或下降調節，使電機時刻處于高性能的運轉狀態，并且可以消耗更少的能量，完成指定的動作指令，改造以后的變頻器能夠實現七段速度調節，具體見表1

2.3 起重機電氣控制系統改造的關鍵點

電氣系統控制下的起重機經常會出現故障，根據不同故障進行原因分析發現，多數故障與其電阻負荷過大有關，所以，在特定位置安裝變頻控制系統，能夠有效降低故障發生幾率。但是安裝變頻系統的過程中要注意，確保安裝以后電氣控制系統維持良好的控制狀態，并且在起重機長時間運轉過程中，不會由于瞬間溫度過高而出現燃燒等情況。一旦發生該問題，將會導致起重機無法被控制而產生溜鉤現象，最終起重機會在調轉物體難以控制的情況下，受慣性影響而對其他零部件造成二次損傷。改造過程中要注意，第一，合理控制體重物的停止點。當起重機的變頻控制體系缺失時，起重機將無法按照給出的指令開始或停止工作。部分區域的瞬時電流過大會導致相應的變阻產生更大的熱量，從而出現零部件損傷情況。根據變頻PLC的控制需求，當變頻器整體工作效率下降或停止工作時，某些區域的瞬時溫度會更高，而系統會對這些數據進行采集，從而發出抱閘、斷電的指令;第二，控制升降階段要點。升降機運轉期間，部分電阻溫度過高導致升降機超出限額標準，對周邊的零部件造成損傷，進而引發電機燒毀等問題，所以在進行檢測過程中，要利用安裝的變頻設備及時查詢電流的變化數據，通過自動化系統給出抱閘、松開指令，確保升降更加安全。

2.4 起重機電氣控制系統改造的保障措施

設計人員在完成起重機電機系統優化的過程中，可以根據實際需求對零部件采取必要的保障方法：第一，隔離已經完成改造的起重機，消除電磁干擾造成的影響。當起重機的電氣控制系統被升級優化以后，起重機本身要處于隔離狀態，避免在對其他零部件進行優化時，由于電磁干擾問題，對已經完成改造的起重機產生影響，具體的防護措施為，在電頻調速器和電動機之間加裝 II 濾波器，如圖2所示;第二，對操作人員進行崗前培訓。操作者要具備良好的專業能力，既要了解起重機的維修保養方法，又可以知道正確的使用方式，進行電氣系統故障排查過程中，要先消除人為因素產生的影響，之后根據起重機的檢查周期，定期進行檢修和維護，及時發現故隱患問題。相關部門的工作人員在上崗后，也要根據公司要求學習專業技能知識。在正規的培訓機構獲取基本技能后，可以通過實際操作的方式，對電氣控制系統的知識進行鞏固，并合理對電氣控制系統的原部件進行改造和升級，提高該系統的運轉效率。

3、起重機電氣控制系統優化改造后的成效分析

將起重機的電氣控制系統進行維護和升級，第一，要先從PLC控制系統著手。在PLC體系進行完善和優化的同時，確保被優化以后的系統具有更好的操控能力。穩定的操作系統可以降低不必要波動的出現，維持起重機運轉過程的安全;第二，提高起重機的使用壽命。優化以后要實現操作指令的精準調控，確保及時進行短時間內反復的啟停動作，也不會因瞬時電流過大而產生過高的溫度，從而對零部件進行保護。合理調節溫度可以讓電機產生最小的損傷，從而降低不必要的成本支出;第三，降低故障發生幾率。穩定以及安全的控制系統是降低幾率的重要方式，比如：經過改造以后，故障幾率可以由每月的五次降到兩次，每一次維修過程都會提高成本，所以要確保故障率降低以提高工作效率。

綜上所述，有效對PLC控制系統進行優化和升級，是降低電氣控制系統故障率的重要方式，也只有對各系統進行完美的升級和匹配，才能對故障進行控制，使起重機維持高效的工作性能，并達到節能降成本的效果。

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