浮吊式起重机控制的相关技术问题分析

其多段速度功能的各段速度独立可调，可根据作业需要设定各种不同速度进行作业。 变频器的平稳起动及制动特性减少了机械冲击，降低了结构损耗;启动电流较小，在频繁起动及制动中减少电机热损，延长电机寿命;变频器自身是高可靠性的通用标准设备，故障率极低，引入变频器后整机的故障率降低，维护量减少，间接地提高了作业效率。 为提高操作器件的可靠性，采用多段速有级平滑调速方式。 变频调速在低速情况及加减速过程中有明显的节电效果。 本系统选用的是日本安川公司的616G5系列起重专用型变频器，它能够方便的实现闭环矢量控制，可实现高达1：1000的调速比，高精度的速度控制，零速时可达到150％额定力矩，广泛的应用于起重行业。各电机原为绕线电机转子串电阻方式调速，改为变频调速后不需要更换电机，仅把电机转子回路短接即可。 控制系统设计及选型 起重设备涉及到一系列的安全问题，浮吊控制系统必须有很好的可靠性和完善的安全措施，保证即使在操作失误的情况下也不会导致安全事故和设备损坏，为此本方案采用PLC来实现安全联锁和防误功能。除了紧急停机操作保留直接连线方式外，所有的操作均通过PLC程序来实现。本系统选用西门子公司6ES7－200系列紧凑型小型PLC产品作为核心控制设备。 联动操作台设计及选型 联动操作台是浮吊的唯一操作位置和人机界面，除了作为基本操作器的手柄式凸轮控制器外，还设置了各种故障信号、紧急停机按钮、功能选择开关、答应操作钥匙开关等。 联动操作器作为浮吊主要操作设备，动作十分频繁，要求可靠并且有较长的使用寿命。本系统选用法国施耐德公司的XKB-E系列手柄式凸轮控制器，其操作灵活可靠，手感好，使用寿命高达各方向100万次，以旋转及变幅操作器为例，即答应左旋右旋和变幅向前向后各操作100万次，根据浮吊作业频率估计，每台操作器大约可使用1年左右。 当起升或抓斗部分出现故障时，需要将抓斗下放，为此设计了机械制动器释放踏板和答应此项操作的钥匙开关。 系统的环境适应性设计及选型 浮吊位于江边，主要任务是装卸矿石，工作在高温、高湿、高粉尘及振动环境，需要采取措施保证控制系统正常工作。 浮吊主卷扬室内的四台电机、所有的控制柜等均为发热体，夏天时将因排放热量困难而产生很高的环境温度，不利于控制系统正常工作。在该室加装有强制通风设备以改善散热条件。 起升及抓斗电机工作持续性较高，在长时间低速运行时由于内置风扇工作效率低而导致散热能力差，改为外部强制风冷。 各控制柜采用进口柜体，密闭式结构可防止粉尘及湿气侵入，柜体上加装带过滤罩的强制通风风机以排放柜内热量，装有PLC的柜体装设柜用空调器，保证系统可以在-10-65℃的环境温度下正常工作。 各主要电气设备均选用具有抗振能力的进口设备。为了保证整个控制系统的高可靠性，本系统对于断路器、隔离开关、接触器以及按钮信号灯等低压电器统一选用了欧洲闻名品牌，德国金钟－默勒公司的产品。

3控制系统具体设计 3.1电气主回路设计中的几个问题电气保护 各支路入口用支路断路器作支路短路保护及后备过载保护，支路的过载保护、过压及欠压保护和其他保护则由变频器自身的保护功能承担。由隔离变压器提供控制电源及向PLC供电，以尽可能减小PLC及控制元件受电源干扰导致工作不正常的可能性。隔离变压器前端设一断路器作为短路保护及线路保护。 变频器出口隔离开关 电动机在检修或较长时间停止运行后，要进行绝缘检测，合格才能够投入运行，而变频器是电力电子类设备，不能进行常规绝缘检测，为此，在各变频器之后都设置了隔离开关，以便在需要时方便地将变频器与电动机断开。 制动单元及制动电阻 起升及抓斗电机在负荷下降时，重物的势能将转化成为电能，再由变频器附加的制动电阻将此电能转变为热能耗散掉，以达到平稳制动的目的。旋转及变幅电机也附加了制动电阻，作为减速过程中的制动手段。制动电阻是通过制动单元接入变频器的，制动单元能够根据需要自动投入和切除制动电阻。制动电阻安装在控制柜外专门的电阻安装支架上。 机械制动器控制 各电机的机械制动器由接触器控制。其中变幅制动器电源取自支路断路器后端，以保证只有在变频器支路已经得电时，机械制动器的得电释放才被答应。而提头和抓斗制动器由于需要保证故障时答应抓斗下放，故单独设计断路器加以保护。 旋转编码器 为防止在启动时机械制动器放开后重物忽然下滑或变幅机构忽然前倾，起升、抓斗及变幅电机的变频调速均采用闭环矢量模式，以获得较迅速的力矩响应。闭环回路的转速检测由装在电机轴端的旋转编码器实现。3.2控制系统设计中的关键点 PLC是整个浮吊控制系统的核心，除了紧急停机按钮以外，所有的操作设备、检测设备和执行设备都是通过PLC互相联系起来的。为减小电气干扰的影响，除就近的联动操作台信号外，PLC的所有输入输出均通过入口及出口继电器连接。紧急停机按钮是在发生紧急情况时人为干预的最后手段，即使在PLC功能已经失效的情况下也能够正常起作用，该信号直接作用于各支路断路器使其跳闸，用切断电源的方式迫使整个浮吊立即停止工作的。联动操作台上其他所有的操作指令全部以接点方式输入PLC，再由PLC去控制各变频器以使各电动机正反转、加减速以及停止运行。操作指令与电动机的运转方向和速度之间有一一对应关系，通过PLC实现联锁关系。 调速指令及变频器状态信号 PLC以接点方式向各变频器发送运行、停止、运转方向及速度分级指令，并采集变频器的运行及故障等状态信号。 速度反馈信号 速度反馈信号由