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浮吊式起重機控制的相關技術問題分析

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浮吊式起重機控制的相關技術問題分析
1 引言

浮式起重機是重鋼公司的瓶頸設備,是礦石原料入口通道的咽喉,該設備性能的優劣直接關係到公司的生存與發展,是全公司要改造的重點關鍵設備。由於該設備有舉足輕重的作用,在技術改造中既要先進,更要把安全可靠擺在頭等地位,因此在設計中先進科技設備和控制技術成熟度是第一位的。浮式起重機是一個複雜的系統,它的控制涉及衆多工程技術問題,是多技術系統應用的複合體。爲了改善浮吊性能,保證該系統在高頻率、大運量的情況下正常執行,需對該浮吊的控制系統及相應的機械傳動部分進行技術改造,改造後的控制系統應能適應設備年起卸礦石200萬噸的作業狀況。
控制系統改造涉及起升及抓鬥閉合電機(2×2×110kW)、旋轉機構電機(2×2×30kW)以及變幅機構電機(2×1×30kW)共計10臺電機的驅動及調速,實現可靠的安全聯鎖和防誤操作功能以及聯合動作控制系統,還涉及聯動操作檯的改造。
驅動系統能實現大範圍的平穩調速及較快的速度提升性能(從啓動到高速2.5s),同時解決抓鬥閉合與提升電機間的受力平衡問題,速度調節能適應抓鬥和吊裝兩種作業方式。
控制系統要具備較高的安全可靠性及完備的防誤操作功能;聯動操作檯要操作簡單易掌握,貼近原操作習慣,且有較高的使用壽命,適應頻繁操作;整個系統能在高溫高粉塵的惡劣環境下正常工作,適應正負百分之十的電網電壓波動。因此,在系統功能實現上,有一定難度,以下就有關技術實現問題作些討論。2 系統總體設計考慮

(1) 驅動系統設計及選型
爲提高浮吊作業效率,既要提高驅動系統的速度響應,又要減少故障檢修及常規檢修的週期和頻率,採用變頻調速方式可以很好的滿足浮吊設備對於驅動系統的要求。
變頻器有很寬的調速範圍,可以設定加減速時間;良好的低速力矩特性使得電動機在啓動和加速時能夠獲得大而且平滑的加速度;制動單元的接入又使得電動機在減速和停車時能夠獲得足夠的制動力矩。上述特性保證了變頻調速系統有很好的速度響應性能。
其多段速度功能的各段速度獨立可調,可根據作業需要設定各種不同速度進行作業。
變頻器的平穩起動及制動特性減少了機械衝擊,降低了結構損耗;啓動電流較小,在頻繁起動及制動中減少電機熱損,延長電機壽命;變頻器自身是高可靠性的通用標準設備,故障率極低,引入變頻器後整機的故障率降低,維護量減少,間接地提高了作業效率。
爲提高操作器件的可靠性,採用多段速有級平滑調速方式。
變頻調速在低速情況及加減速過程中有明顯的節電效果。
本系統選用的是日本安川公司的616G5系列起重專用型變頻器,它能夠方便的實現閉環矢量控制,可實現高達1:1000的調速比,高精度的速度控制,零速時可達到150%額定力矩,廣泛的應用於起重行業。各電機原爲繞線電機轉子串電阻方式調速,改爲變頻調速後不需要更換電機,僅把電機轉子迴路短接即可。
(2) 控制系統設計及選型
起重設備涉及到一系列的安全問題,浮吊控制系統必須有很好的可靠性和完善的安全措施,保證即使在操作失誤的情況下也不會導致安全事故和設備損壞,爲此本方案採用PLC來實現安全聯鎖和防誤功能。除了緊急停機操作保留直接連線方式外,所有的操作均透過PLC程序來實現。本系統選用西門子公司6ES7-200系列緊湊型小型PLC產品作爲核心控制設備。
(3) 聯動操作檯設計及選型
聯動操作檯是浮吊的唯一操作位置和人機介面,除了作爲基本操作器的手柄式凸輪控制器外,還設定了各種故障信號、緊急停機按鈕、功能選擇開關、允許操作鑰匙開關等。
聯動操作器作爲浮吊主要操作設備,動作十分頻繁,要求可靠並且有較長的使用壽命。本系統選用法國施耐德公司的XKB-E系列手柄式凸輪控制器,其操作靈活可靠,手感好,使用壽命高達各方向100萬次,以旋轉及變幅操作器爲例,即允許左旋右旋和變幅向前向後各操作100萬次,根據浮吊作業頻率估計,每臺操作器大約可使用1年左右。