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     使用西門子交流調(diào)壓調(diào)速裝置及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制．對(duì)橋式起重機(jī)的行走和起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速與監(jiān)控，并獲得平滑的調(diào)速效果，減小機(jī)械部件的沖擊。降低了橋式起重機(jī)的故障率，增加了橋式起重機(jī)的安全系數(shù)。  

     在珠江鋼鐵公司煉鋼部，橋式起重機(jī)(亦稱行車)是重要生產(chǎn)設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著吊運(yùn)各種生產(chǎn)設(shè)備、物資的任務(wù)，如果出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

    系統(tǒng)概述

      珠江鋼鐵公司煉鋼部2#行車為150 t橋式起重機(jī)，擔(dān)負(fù)著煉鋼部?jī)蓷l生產(chǎn)線的所有鋼包的吊運(yùn)工作，具有4個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：大車南／北行走，小車東／西行走，主起升升降，副起升升降。其中大車由4臺(tái)37 kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，小車由2臺(tái)22 kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主起升由2臺(tái)200 kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，副起升由1臺(tái)110 kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這9臺(tái)電動(dòng)機(jī)均為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。每個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)都有4個(gè)不同的速度檔位，除了主起升機(jī)構(gòu)采用ABB定子調(diào)壓裝置控制外，其他機(jī)構(gòu)通過(guò)切換轉(zhuǎn)子回路電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整，為有級(jí)調(diào)速。

      電氣系統(tǒng)由刀開關(guān)、低壓斷路器、接觸器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、凸輪控制器、限位開關(guān)、ABB定子調(diào)壓裝置及測(cè)速電動(dòng)機(jī)等各電氣元件組成。保護(hù)類型主要有如下幾種：

    1)零位保護(hù)。所有機(jī)構(gòu)的凸輪控制器的零位觸頭串聯(lián)在一起，只有所有凸輪控制器手柄全在零位時(shí)，才允許接通電源。

    2)安全門限位保護(hù)。該橋式起重機(jī)有4個(gè)大車端梁門限位、1個(gè)駕駛室門限位。任何一個(gè)門限位被觸動(dòng)(門被打開)，行車自動(dòng)切斷電源、停止運(yùn)行，保證人上下車時(shí)的安全。

    3)各運(yùn)行機(jī)構(gòu)限位開關(guān)。由于2#行車大車為南北雙向行走，且南北各有一臺(tái)行車，所以除大車機(jī)構(gòu)使用紅外線防撞裝置外，主起升、副起升和小車機(jī)構(gòu)均有雙向預(yù)限位和停止限位保護(hù)。其中起升機(jī)構(gòu)比行走機(jī)構(gòu)多出一個(gè)上極限保護(hù)，即重錘保護(hù)。當(dāng)預(yù)限位動(dòng)作后，將給出減速信號(hào)，停止限位動(dòng)作后給出停止信號(hào)，但不影響反向操作命令的正常執(zhí)行。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)的重錘保護(hù)開關(guān)動(dòng)作后，整車電源全部跳停，無(wú)法送電，必須由人工將重錘開關(guān)手柄抬起，同時(shí)操作機(jī)構(gòu)下降至脫離重錘開關(guān)后恢復(fù)正常操作。

    4)急停開關(guān)。在駕駛操作臺(tái)上設(shè)置急停開關(guān)，當(dāng)急停開關(guān)被按下時(shí)，整車電源被切斷，停止所有機(jī)構(gòu)動(dòng)作，同時(shí)所有制動(dòng)器自動(dòng)制動(dòng)。

    5)失壓保護(hù)。當(dāng)橋失起重機(jī)電壓下降過(guò)多甚至斷電，主接觸器將自動(dòng)釋放，切斷總電源。

    6)過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)380V動(dòng)力供電回路出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)(如電動(dòng)機(jī)過(guò)電流)，過(guò)流繼電器動(dòng)作斷開電源。

    7)短路保護(hù)，低壓斷路器起短路保護(hù)作用，當(dāng)橋失起重機(jī)內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重短路事故時(shí)，切斷該回路電源，防止事故擴(kuò)大。

      由于系統(tǒng)中除了主起升采用ABB調(diào)壓裝置外，其他機(jī)構(gòu)均采用接觸器控制，使用了大量的接觸器和繼電器等元件。工作時(shí)，這些元件動(dòng)作頻繁，且每次動(dòng)作均會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，所以類似觸頭磨損、觸頭接觸不良及線圈過(guò)熱以至燒毀和接線端子松脫等故障頻繁出現(xiàn)。由于調(diào)速簡(jiǎn)單，沖擊大，機(jī)械部件磨損也比其他行車嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)過(guò)電動(dòng)機(jī)軸斷裂事故。這些因素導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)工作量大，設(shè)備開通率低及存在安全隱患，給生產(chǎn)的帶來(lái)很大的影響。

    系統(tǒng)改造方案的選擇

      目前橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)較常用的方案有3種：交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)，均為非傳統(tǒng)全數(shù)字化的調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備情況及對(duì)交流調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速做了如下對(duì)比。

      針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，若選擇交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，則只需要對(duì)電氣梁內(nèi)的控制回路進(jìn)行改造即可，仍可保留轉(zhuǎn)子回路的電阻及所有電動(dòng)機(jī)；若選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)，則所有的電動(dòng)機(jī)均需要改造、更換，幾乎所有電氣設(shè)備需要更換，原有設(shè)備庫(kù)存?zhèn)浼矊⑻蕴Ｋ宰詈笪覀冞x擇了采用交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。

    交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)具有如下優(yōu)、缺點(diǎn)。

    1)改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓將大大影響電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，交流調(diào)壓調(diào)速必須在速度閉環(huán)下使用。

    2)交流調(diào)壓調(diào)速是部分在速度閉環(huán)下運(yùn)行、部分在速度開環(huán)下運(yùn)行。

    3)能量消耗大。

    4)帶有轉(zhuǎn)子電阻，故障率高、占用空間較大。

    5)高次諧波、特別是產(chǎn)生的缺口對(duì)電網(wǎng)影響很大。

    6)適合于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的改造，此時(shí)用變頻調(diào)速不是好的選擇。

    7)對(duì)電源要求不高，滑線供電的起重機(jī)適合使用交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。

    8)初投資低，可靠性高。

    系統(tǒng)改造過(guò)程

    1．硬件配置

      改造后保留原電動(dòng)機(jī)及其電阻。原電氣控制系統(tǒng)拆除，保留所有限位開關(guān)、安全門限位，重錘限位、急停開關(guān)。保留原有凸輪控制器，并增加一套德國(guó)HBC無(wú)線遙控系統(tǒng)，通過(guò)駕駛室內(nèi)一開關(guān)進(jìn)行操作方式的選擇(駕駛室操作／遙控操作)。大車、小車和副起升機(jī)構(gòu)各增加一臺(tái)西門子調(diào)壓調(diào)速裝置作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制，各增加編碼器一臺(tái)用做閉環(huán)控制的速度檢測(cè)。由于主起升機(jī)構(gòu)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量較大，且考慮到在故障狀態(tài)下的單電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，故分別使用兩臺(tái)調(diào)壓調(diào)速裝置，同時(shí)增加兩臺(tái)編碼器用做速度檢測(cè)。每個(gè)機(jī)構(gòu)的速度分為10％、25％、40％和100％4個(gè)擋位。增加一套西門子PLC300系統(tǒng)，加入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制，大大縮小了繼電器的使用量。在駕駛室增加一ET200和PLC通信，減少了駕駛室至電氣梁的電纜。電氣梁內(nèi)增設(shè)MP370觸摸式操作面板用于整車電氣系統(tǒng)的監(jiān)控。

      PLC作為邏輯控制核心，也是PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中的主站，幾乎所有外圍信號(hào)(限位信號(hào)、凸輪控制器擋位信號(hào)、遙控信號(hào)、調(diào)壓調(diào)速裝置反饋信號(hào))均由PLC輸入模塊輸入。PLC的輸出信號(hào)通過(guò)輸出模塊輸出，通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)塊給調(diào)壓調(diào)速裝置，比如擋位命令信號(hào)，來(lái)控制調(diào)壓調(diào)速裝置如何輸出轉(zhuǎn)矩；另外一部分信號(hào)輸出到接觸器、繼電器來(lái)控制調(diào)壓調(diào)速裝置的通、斷電。

    2．改造前后故障處理方法比較

    1)重錘限位開關(guān)動(dòng)作后的復(fù)位。之前由于安全回路設(shè)計(jì)的不同，每次重錘限位開關(guān)動(dòng)作后需要人工將重錘手柄抬起同時(shí)下降起升機(jī)構(gòu)，直至重錘開關(guān)手柄能自動(dòng)復(fù)位，這樣耗時(shí)較長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)安全回路的優(yōu)化，當(dāng)重錘限位開關(guān)動(dòng)作后仍能達(dá)到總電源跳停的目的，但重新送電后不能操作其上升動(dòng)作，只可操作其下降，離開重錘限位開關(guān)后恢復(fù)正常操作。

    2)改造前對(duì)故障的判斷只能通過(guò)繼電器的動(dòng)作來(lái)判斷。改造后由于增加了調(diào)壓調(diào)速裝置，當(dāng)裝置檢測(cè)到系統(tǒng)的電流、電壓、反饋信號(hào)異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)停止輸出，并在顯示窗口顯示故障代碼，然后根據(jù)故障代碼來(lái)快速排查故障。

    3)改造前只有一種操作方式即駕駛室操作，改造后有駕駛室操作和遙控操作兩種方式。當(dāng)一種操作方式存在故障，且難以判斷時(shí)，可改用另外一種操作方式以解決問(wèn)題。

    4)改造前主起升只有一臺(tái)ABB調(diào)壓調(diào)速裝置控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一旦在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)故障，就只能等故障解決后才能進(jìn)行后續(xù)工作流程。現(xiàn)在2臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由2臺(tái)西門子調(diào)壓調(diào)速裝置控制，可獨(dú)立完成一個(gè)周期的工作，確保了生產(chǎn)的安全和順行。