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针对 S7-300和CS800的桥式起重机的分析

2011-06-04 01:16:46本站

  

  1总体改造方案

  桥式起重机的控制分成大车,小车,主钩,副钩4部分,除大车由2台电机同时拖动外,其余部分均由1台电机拖动。系统将原有继电器接触器串级调速方式改造为PLC变频调速方式。

  将系统原有电机转子回路短接继续使用。由于启动电流小于改造前, 其发热量有所减少, 故无需加装独立冷却风扇。

  控制核心选用西门子公司的S7-300型PLC.S7 -300接收来自行车主令控制器,限位开关的信号和变频器的状态。经程序判断与运算来实现行车的各控制功能。PLC输出监控信号的同时,向各变频器发送运行方向,启动,速度调整,制动的运行指令。

  变频器选用ABB的基于直接转矩控制(DTC)的新一代交流调速设备ACS800系列,可在无外接测速传感器的情况下,检测自身的输出电流,通过闭环构成高精度的转矩控制。能在零速状态下,100%额定转矩输出能力,同时利用其自带的宏控制,可在重载起重时避免溜钩现象的出现。在吊钩下降过程中利用能耗制动回路的吸收,可避免因反电势过高对电机绕组的损坏。

  对主钩,副钩电机,其变频器输出功率应在实际电机容量的基础上放大一档,而对于大,小车行走电机,其变频器输出功率则无需放大。该方案中主钩变频器选用75KW,其余均选用45KW.

  2系统设计

  桥式起重机大车,小车,主钩,副钩4部分运行控制功能大同小异,均可划分成运行,制动和调速3模块。限于篇幅,下文以主钩为例讨论系统设计。主钩控制系统由三相交流电源输入,主钩驱动变频器ACS800-75KW,主钩电机M1,能耗制动单元等组成。

  2.1运行模块

  起重机的启动可分成2步:(1)变频器合闸(Q0.0);(2)电机启动(Q0.5)。运行时可由主令电器选择电机转向,电机转速及电机点动/连续运行方式。电机转向决定吊钩升降方向,当Q0.6输出0时,电机正转吊钩上升,反之电机反转吊钩下降。电机运行方式由加/减速斜坡时间调节,当Q1.1输出0时选择斜坡时间0,即点动运行方式;反之选择斜坡时间1,为连续运行方式。

  在启动时指示灯长亮,点动时指示灯以1S间隔闪烁。1S间隔时钟信号由1个延时闭合定时器T0和1个延时断开定时器T1串接而成,其时间常数均为1S.

   2.2制动模块

  由于控制系统采用交直交变频器,在负载自身重力下,制动时回路的能量不能送回电网,为限制泵升电压和负载下降时反电势的升高必须采用能耗制动单元。同时,对于势能类负载,在电机突然断电或中途启动时,还必须靠机械制动来控制负载的下落转动。因此,吊钩制动采用电磁抱闸制动和变频器能耗制动相结合来保证吊钩在负载势能时不往下滑。另外,系统还应具有限位制动功能。当吊钩运行到某个终点极限位置时应切断变频器允许启动信号,使对应的变频器停车制动。

  为了克服吊钩下滑,制动器必须在电机建立了一定的转矩,电流和转速后才能松开。可在改造前系统中,电机只要得电制动器就松开,相反电机失电则立即制动,制动器的动作快于电机转矩的建立,因此在这种情况下,会出现行车抖动问题,甚至发生溜车!事故。系统所选用的ACS800变频器具有专用的制动器编程控制功能,可通过42BRAKECONTROL参数组对制动器松开电流,制动器松开频率,制动器松开/闭合时间,制动器释放转矩等10个参数进行设置,以保证制动器的可靠动作。

  机械制动器采用电磁式抱闸,具有制动力较大,动作迅速等优点。该制动器既受ACS800的RO1控制,也可通过紧急制动按钮SB1实现紧急制动功能,同时还把抱闸监视信号反馈至PLC的I1.2。

  2.3调速模块

  主钩电机额定转速ned=1450r/min,配有减速比I =1/32的减速机。主钩共有4个速度选择按钮SB10~ SB13,调速时PLC根据不同速度选择输入(I1.3~I1.6)通过Q0.7,Q1.0控制变频器RMIO板的DI5,DI6上,再根据ACS800参数组12CONSTANTSPEEDS的设定进行频率给定。表2即为速度给定表<3>。采用1只10K的可变电阻,两端分别接10V的VREF和GND,中间抽头接AI1+即可实现AI1的频率给定。

  3改造后的效能

  采用PLC变频调速取代传统继电器接触器调速方式,取消了主回路接触器和转子调速电阻,简化了硬件电路,获得了良好的技术经济性能。

  (1)调速性能:改造前采用串电阻调速方式,受到电机自身机械特性的影响,调速精度差,范围窄,而改造后采用ACS800变频闭环调速,其调速性能均有大幅提高。

  (2)安全性:系统具有短路,欠压,过压,过流,缺相及电机过热等保护功能,力保电机安全;采用DTC控制方式,即使电磁抱闸松动或失灵时也不会出现溜钩现象,避免安全事故。

  (3)使用寿命:ACS800具有软启动,匀加/减速及防电机反接功能,可大大减少对设备和机械结构的冲击,延长了设备使用寿命;力矩跟随功能使得开闭机构,升降机构钢丝绳的受力均衡,可延长钢丝绳使用寿命。

  (4)电能消耗:以系统改造前2008年1~8月和改造后2008年10月~2009年4月电能消耗统计为例,改造后可节电58756.5KWH/Y,约降耗15.72%.

  4结束

  语应用上述方案改造后的桥式起重机已连续,稳定的运行了18个月,在调速性能,安全性,寿命及节能方面均取得了令人满意的效果。将PLC变频调速技术推广到其他传统电力拖动系统的技术改造中,可实现操作平稳,提高运行效率,保护电机安全,减少电气维护强度,降低系统能耗以及消除人为误操作,避免生产安全事故等功效,具有重要现实意义。

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