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建筑吊運設(shè)備變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

時間:2012-05-14 16:34:52來源:wangww

導(dǎo)語:?簡要介紹建筑吊運設(shè)備分類和應(yīng)用;同時結(jié)合先進的變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù),對建筑吊運設(shè)備中起重機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進行設(shè)計和應(yīng)用。

  [摘要]簡要介紹建筑吊運設(shè)備分類和應(yīng)用;同時結(jié)合先進的變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù),對建筑吊運設(shè)備中起重機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進行設(shè)計和應(yīng)用。

  關(guān)鍵詞:建筑吊運設(shè)備 起重機 變頻調(diào)速 PLC控制

      [Abstract] Briefly introduced the building lifting equipment classification and application; In combination with the advanced frequency control and PLC control technology, the architecture of the crane hoisting equipment variable frequency speed regulation control system design and application.

      Key: Building lifting equipment   crane    Frequency control of motor speed   PLC control    

  一、引言

  在建筑行業(yè)中,吊運技術(shù)是一項極為重要的技術(shù)。隨著我國工程建設(shè)向標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、大型化、集成化方向發(fā)展,設(shè)備吊運的重量越來越重,高度越來越亮,難度越來越大,一個大型設(shè)備的吊運,往往是制約工程的進度、經(jīng)濟和安全的關(guān)鍵;同時也是展示企業(yè)的技術(shù)能力和裝備能力。為適應(yīng)當(dāng)前形勢的發(fā)展,吊運設(shè)備的種類也越來越多,吊運設(shè)備的控制也越來越先進化和智能化,其中變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù)在建筑吊運設(shè)備得到大量應(yīng)用。

  二、建筑吊運設(shè)備

  建筑吊運設(shè)備按吊運的性質(zhì)可分為:簡單吊運器具:如千斤頂、滑輪組、葫蘆、卷揚機、懸掛單軌等;起重機:常用的起重機有流動式起重機、塔式起重機、桅桿式起重機。建筑吊運設(shè)備按結(jié)構(gòu)形式可分為:橋架式(橋式起重機、門式起重機);纜索式;臂架式(自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式等)。

  而在建筑行業(yè)中使用最多的吊運設(shè)備為塔式起重機,其適用于在范圍內(nèi)數(shù)量多、而每一件單件重量較小的構(gòu)件或設(shè)備的吊運,并其作業(yè)周期長。目前,塔式起重機吊運的能力在3噸至100噸之間,而其臂長能達到40米至80米,所以,塔式起重機常用在使用地點固定、使用周期較長的場合,較為經(jīng)濟。塔式起重機有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、運行、頂升、電纜卷放等機構(gòu),各個機構(gòu)的負(fù)載特點區(qū)別很大。如起升機構(gòu)為位能負(fù)載,負(fù)荷不變時為恒轉(zhuǎn)矩,上升時為阻力負(fù)載,下降時為動力負(fù)載;回轉(zhuǎn)、變幅則主要傳遞水平負(fù)荷,起動、制動時要客服較大的慣性。負(fù)載特點不同,在選擇電機、確定傳動方案和調(diào)速方法,操作使用方面也要有不同的要求。同時,由于建筑工地戶外條件惡劣,電源質(zhì)量不佳,外部環(huán)境影響大,檢查維修較困難,因此對建筑吊運設(shè)備電氣系統(tǒng)的可靠性即為重要。

  三、變頻變頻控制系統(tǒng)

  3.1、變頻調(diào)速

  變頻調(diào)速器是一種高科技電子電力元器件集成的電機拖動裝置,理論上可以無級調(diào)速。而且變頻調(diào)速是從恒轉(zhuǎn)矩到恒功率進行全方位調(diào)速,設(shè)定一個頻率就有一個對應(yīng)速度,電控系統(tǒng)是以負(fù)載工作的實時變化要求為基礎(chǔ)進行設(shè)計的,因此需要對負(fù)載和電機的特性進行全面的計算。頻率f≤50Hz時電機以恒轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)運行,頻率f>50Hz時電機以恒功率的狀態(tài)運行。圖1中不同頻率的機械特性曲線清楚地表明,不同的負(fù)載(轉(zhuǎn)矩比)可以有咒種速度運行,完全能夠滿足輕載高速、重載低速的要求。

不同頻率的機械特性曲線

  3.2、起重機變頻調(diào)速的硬件選擇

 ?。?)變頻電機的選擇

阻等效電阻值;V-制動單元直流工作點電壓,一般取700V;Pe-電機額定功率;Kc-制動頻度,在橋式起重機中取0.2~0.4;K-回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率,一般取0.7)。

 ?。?)可編程控制器(PLC)的選擇

  在橋式起重機中,由于各機構(gòu)的控制檔位一般為5檔,那么每個機構(gòu)所需的PLC總點數(shù)一般在19~20個點。對一臺三個機構(gòu)的橋式起重機一般所需的總點數(shù)在60個左右。

 ?。?)其它電氣元器件按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行選擇,在此不作詳細(xì)說明。

 

  3.3、起重機變頻調(diào)速的電氣圖設(shè)計

  現(xiàn)以安川變頻器為例,主要說明起重機變頻調(diào)速部分的電氣圖設(shè)計。起重機起升機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理圖如圖2所示。起升機構(gòu)變頻電機內(nèi)配有旋轉(zhuǎn)編碼器,與安裝在變頻器內(nèi)的速度卡連接,構(gòu)成速度閉環(huán)控制。變頻器上的S1~S7、SC、MA、MB、M1、M2等控制點和控制電機風(fēng)扇運行接觸器K7及制動器動作接觸器K8的線圈控制線路分別與所選PLC的輸入、輸出及電源點連接,通過PLC內(nèi)部程序的運行,實現(xiàn)對起升機構(gòu)變頻調(diào)速閉環(huán)控制。在變頻器電源輸入端子(R、S、T)和電源之間,配有漏電斷路器Q1和AC電抗器。其中漏電斷路器Q1的容量為變頻器額定電流的1.8倍,感應(yīng)電流在30mA以上,可以檢出對人體有危險的高頻漏電流,防止事故的發(fā)生;而其AC電抗器和變頻器內(nèi)的DC電抗器可有效改善電源側(cè)的功率因數(shù),降低對外界的干擾。

起升機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理圖

  起重機移動機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理如圖3所示。移動機構(gòu)變頻調(diào)速為開環(huán)控制,無需配旋轉(zhuǎn)編碼器及速度卡。其它線路設(shè)計與起升機構(gòu)類似。

移動機構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理圖

  3.4、起重機變頻調(diào)速的程序設(shè)計

  起重機變頻調(diào)速的程序設(shè)計其實就是對所選PLC內(nèi)的程序設(shè)計。PLC的程序設(shè)計一般采用梯形圖或指令表兩種方式進行程序設(shè)計。起重機變頻調(diào)速的PLC程序分兩部分:運行控制程序和通信接口程序。一般起重機變頻調(diào)速主要的程序是運行控制程序,而對于通信接口程序只有在PLC配有觸摸屏?xí)r才會涉及到。起重機每個機構(gòu)的運行控制程序基本由電氣保護、檔位控制、制動器及電機風(fēng)扇運行程序段組成。其中檔位控制就是起重機司機室內(nèi)聯(lián)動控制臺的檔位變化,通過PLC內(nèi)的程序運行,控制變頻器的多段速指令變化,而使變頻器輸出頻率隨檔位變化而按預(yù)設(shè)好的頻率發(fā)生變化。

  起重機的PLC控制系統(tǒng)有96個輸入點、64個輸出點組成,共160輸入、輸出點,采用西門子S7-300(CPU為315-2DP)PLC,其擴展7塊數(shù)字量輸入模塊SM321、4塊數(shù)字量輸出模塊SM322。

  四、起重機變頻調(diào)速的安裝調(diào)試

  起重機變頻調(diào)速控制柜在柜內(nèi)安裝時,變頻器上下離柜體或其它元件的距離應(yīng)在120mm以上,左右離柜體或其它元件的距離應(yīng)在30mm以上,而且變頻器和PLC最好不要在同一個柜內(nèi),避免相互間的影響。變頻器和PLC的控制回路接線應(yīng)采用屏蔽電纜,盡可能與動力線分離走線。變頻器及PLC的接地采用C種接地,與電焊機、動力設(shè)備等接地分離,其接線應(yīng)盡可能短。

  起重機變頻調(diào)速的調(diào)試一般有以下幾步:(1)調(diào)試前對所有設(shè)備、線路接線進行檢查,測量電氣線路在運輸安裝過程的損傷情況,以及電網(wǎng)供電是否存在缺相現(xiàn)象;(2)將預(yù)先設(shè)計好的程序輸入到PLC內(nèi),這步也可在柜體制作過程中進行;(3)對變頻器上電檢查后,通過變頻器上的控制屏對電機進行點動操作,看其旋轉(zhuǎn)方向是否正確;然后選擇適合電機的自學(xué)習(xí)方式,對電機進行自學(xué)習(xí)。若選擇了旋轉(zhuǎn)型自學(xué)習(xí),就必須將負(fù)載脫離,并確保電機可安全旋轉(zhuǎn);(4)設(shè)置所選控制模式對應(yīng)的參數(shù)及其它相應(yīng)參數(shù)(其具體設(shè)置參見各自所選的變頻器使用手冊),并確定所有設(shè)備通電均無異常后,進行橋式起重機空載調(diào)試。(5)空載調(diào)試好后,帶上額定負(fù)載進行滿負(fù)載調(diào)試。在滿負(fù)載調(diào)試時,適當(dāng)改變變頻器的加減速時間參數(shù)值,使加減速時間調(diào)整達到最佳值。若起升機構(gòu)滿負(fù)載運行時,出現(xiàn)明顯的溜鉤想象,就需要調(diào)整變頻器內(nèi)的制動參數(shù)。

  五、結(jié)束語

  起重機采用變頻調(diào)速后,經(jīng)過實際應(yīng)用,運行效果良好,性能穩(wěn)定可靠,故障維修率明顯減少,達到了用戶的預(yù)期目標(biāo),為用戶創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益,受到了許多用戶的好評。同時,在負(fù)荷經(jīng)常變化的情況下,具有輕載高速,重載低速的性能,合理利用功率,達到節(jié)能減排的目的。

  參考文獻

  1.裘為章主編·實用起重機電氣技術(shù)手冊·機械工業(yè)出版社,2001

  2.張質(zhì)文等主編·起重機設(shè)計手冊·中國鐵道出版社,1998

  3.戴廣平編著·電動機變頻器與電力拖動·中國石化出版社,1999

  4.王正茂等編著·電機學(xué)西安交通大學(xué)出版社,2000

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