時(shí)間:2021-04-25瀏覽量:2504次
1.引 言
抓斗橋式起重機(jī)常用來裝、卸煤、灰、矸石等重物,是貨
運(yùn)港口、碼頭、發(fā)電廠、工礦企業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的工程
機(jī)械。橋式起重機(jī)的抓斗升降、開閉、大車、小車運(yùn)行的原傳
動控制均為繼電器、接觸器控制,抓斗操作方式為雙手柄聯(lián)動
臺操作。為了保證機(jī)械運(yùn)行的平穩(wěn),系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串電阻起動
方式,由于繞線式電動機(jī)是通過接觸器來切換電動機(jī)轉(zhuǎn)子上串
接的電阻,切換十分頻繁。其故障率居高不下。另外由于抓料
全過由全部由人工操作,用于抓斗提升和開閉鋼絲繩的受力很
難達(dá)到均衡控制,易出現(xiàn)鋼絲繩斷裂、電機(jī)受損等現(xiàn)象。上述
問題既增加了維修量也給生產(chǎn)帶來了一定程度的損失。
四繩抓斗通過鋼絲繩與電機(jī)聯(lián)接,主吊與開閉電機(jī)之間沒
有固定的聯(lián)系,沒有合適的檢測開關(guān),在抓斗抓取物料的全過
程中的每個(gè)階段,要求兩個(gè)電機(jī)的出力狀況都是不同的,需要
不斷地改變電機(jī)的控制方式和出力情況,但傳統(tǒng)的串電阻控制
方式無法滿足這種力矩控制的要求,因此抓斗主吊與開閉兩電
動機(jī)的協(xié)調(diào)完全依靠司機(jī)的熟練程度以及操作水平。所以司機(jī)
的勞動強(qiáng)度大,注意力需高度集中,容易疲勞,特別是夜間作
業(yè),更是如此。
隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)
展,在保證設(shè)備安全使用、可靠運(yùn)行的前提下,實(shí)際生產(chǎn)中用
戶普遍要求提高橋式起重吊車的作業(yè)效率、自動化程度、節(jié)能
效果和減少維修量。在變頻技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天,變頻傳動取
代了以往的串電阻、自激調(diào)速等傳動方式,實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)運(yùn)行和
軟啟動、低故障高效率驅(qū)動。
可編程控制器也被廣泛地使用到抓斗吊車的控制系統(tǒng)之中,
無論是采用傳統(tǒng)的串電阻傳動方式還是采用變頻器傳動方式,
都需要仔細(xì)研究抓斗閉合的每個(gè)過程對電機(jī)出力的要求。目前
國內(nèi)部分抓斗起重機(jī)采用了PLC和變頻器,但沒有解決以上所
述的核心問題,所以仍然無法解決原系統(tǒng)存在的問題,而且因
為制動器控制不合理,造成變頻器頻繁燒毀等問題。
2.傳統(tǒng)控制方式存在的問題
綜合行業(yè)特點(diǎn),目前傳統(tǒng)的抓斗控制主要存在以下問題:
(1)抓斗傳動系統(tǒng)由閉合機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)兩部分組成,兩套
系統(tǒng)的提升能力分別按照抓斗起重量的60%設(shè)計(jì),在勻速提升
過程中,各承擔(dān)50%的功率,工作過程中,如果抓斗閉合不嚴(yán)
即進(jìn)入提升階段會造成物料遺漏,如果提升過晚又會造成閉合
系統(tǒng)獨(dú)立承擔(dān)大于50%的提升量的功率,久而久之,會造成閉
合機(jī)構(gòu)的電機(jī)、鋼絲繩等的壽命減短,同樣的:在調(diào)整兩電機(jī)
的過程中,如果提升電機(jī)提前動作,又會造成提升電機(jī)的驅(qū)動
系統(tǒng)的過載。
(2)抓斗抓取物料時(shí),斗體置于物料表面,如果提升電機(jī)鋼
絲繩保持過度松弛狀態(tài),會造成鋼絲繩脫離槽位、纏繞,反之
如果提升電機(jī)鋼絲繩保持拉緊不動狀態(tài),抓斗閉合時(shí),抓取的
物料又太少,此時(shí)需司機(jī)在抓取過程中使用點(diǎn)動方式不斷調(diào)整
抓斗位置才能保證滿斗抓料,此過程要求司機(jī)具有較高的操作
經(jīng)驗(yàn),而且勞動強(qiáng)度大,很難保證每次都能達(dá)到要求。
(3)當(dāng)使用變頻控制電機(jī)時(shí),簡單地按照手柄指令延時(shí)控制
制動器打開和關(guān)閉時(shí)間,不僅程序煩瑣,而且非常不合理,容
易造成溜鉤和高力矩時(shí)抱死,造成電機(jī)、變頻器過載,抓取過
程也難以順利進(jìn)行。在制動器合理的情況下,上述第二項(xiàng)的矛
盾仍難以解決。
(4)當(dāng)變頻器設(shè)置為V/F控制時(shí),難以滿足低速時(shí)的良好轉(zhuǎn)
矩,當(dāng)變頻器設(shè)置為失量控制模式時(shí),電機(jī)的機(jī)械特性很硬,
此時(shí),難以保證兩臺變頻器控制下的電機(jī)將達(dá)到力矩平衡。
(5)在抓斗控制過程中,要求變頻器在每個(gè)階段需要不同的
出力,單獨(dú)依賴變頻器無法滿足抓斗的工作需要。
綜上所述,傳統(tǒng)的控制方式不單是傳動部分存在缺陷,控
制系統(tǒng)也存在控制邏輯不合理的因素。
3.改造目標(biāo)和方法
抓斗控制系統(tǒng)改造就是要解決以上所述的弊端,用變頻器
解決傳動系統(tǒng)的要求,用可編程序控制器(PLC)和旋轉(zhuǎn)編碼
器配合達(dá)到邏輯控制的要求。用軟件來模仿有經(jīng)驗(yàn)的操作人員
的操作方法,與變頻器配合完成抓取的全過程。具體方案如下:
采用歐姆龍公司的CJ1M系列PLC作為控制核心,用E6C2型
旋轉(zhuǎn)編碼器檢測兩個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度,安裝在兩個(gè)電機(jī)軸上或
卷筒軸上,選用兩臺3G3RV-ZV1系列變頻器驅(qū)動電機(jī)。
首先3G3RV-ZV1型變頻器具有開環(huán)矢量控制功能,開環(huán)矢
量控制方式下,調(diào)速范圍可達(dá):1:100,速度控制精度達(dá)到
0.2%,具有低速高轉(zhuǎn)矩和力矩限制功能,完全滿足抓斗吊對電
機(jī)出力的要求。
兩臺變頻器均以開環(huán)失量模式工作,頻率指令來自于PLC
的開關(guān)量輸出的多段速指令,附圖示出抓斗控制方案。
附圖 抓斗控制方案示意圖
CJ1M-CPU22型PLC的CPU內(nèi)置10點(diǎn)輸入,6點(diǎn)輸出。其
中輸入包含4個(gè)中斷輸入或2個(gè)高速計(jì)數(shù)器輸入(單相輸入:
2
OMRON
歐姆龍征文集2007
100kHz或相位差輸入:50kHz),輸出包含2個(gè)脈沖輸出100kHz
控制輸出,內(nèi)置位控功能。CJ1M具有的功能塊功能,在程序
編制過程中,可以減少相同功能程序的重復(fù)勞動。
在本方案中,兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器接入到CPU的兩個(gè)高速計(jì)數(shù)
器輸入口,由PLC硬件對兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號進(jìn)行記數(shù),
并計(jì)算兩軸的差值,以此判斷抓斗的閉合狀態(tài)。
從小車到控制柜導(dǎo)線距離較遠(yuǎn),E6C2型編碼器必須采用線
性驅(qū)動輸出型,以保證長距離無損失地傳送脈沖信號。
主令控制器采用單手柄十字形手柄,根據(jù)行業(yè)內(nèi)的操作習(xí)
慣,確定手柄的操作位置分別代表:兩電機(jī)同步上升、兩電機(jī)
同步下降、提升時(shí)開斗、提升時(shí)閉斗、下降時(shí)開斗、下降時(shí)閉
斗,靜止開斗、靜止閉斗,程序亦據(jù)此編制,PLC根據(jù)手柄的
指令分配兩臺變頻器驅(qū)動電機(jī)按預(yù)定的出力情況配合工作。
在抓取物料的情況下,斗體接近物料時(shí)手柄打向閉斗時(shí)下
降,此時(shí),PLC控制閉斗電機(jī)正常閉合,升降電機(jī)以小力矩拉
緊鋼絲繩,保證不會出現(xiàn)絲繩脫出滑輪和卷筒槽位,造成卷繞,
又能保證抓取時(shí),斗體能隨其自重沉入物料中,達(dá)到滿斗取料
的目的,這就是通常所說的沉抓功能。
當(dāng)斗體逐漸接近閉合時(shí),升降電機(jī)的力矩開始增大,在完
全閉合后,升降電機(jī)以全力矩運(yùn)行,與閉合電機(jī)同步運(yùn)行,此
時(shí)程序不理會手柄的抓取物料位置,自動轉(zhuǎn)入同步上升狀態(tài)。
降低了對司機(jī)的操作水平的要求。
由于沉抓功能的采用,也帶來了新的問題,那就是當(dāng)斗體
接近地面時(shí),斗體會抓刮地面,尤其是有些地面鋪設(shè)了水泥或
耐火磚,如果抓壞地面,不僅在物料中混入了不必要雜物,也
會造成場地?fù)p壞,此時(shí)就需采取下限位的功能,當(dāng)PLC檢測到
斗體達(dá)到下限位時(shí),不再使用沉抓功能,而是模仿有經(jīng)驗(yàn)的司
機(jī)的人工操作方法,自動分段完成抓取過程,既保證抓凈物料,
又保證不抓壞地面。
以上工作過程中,PLC根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測的信號,自動
分配變頻器的工作頻率和出力狀態(tài)以及制動器的工作,使兩電
機(jī)快速地協(xié)調(diào)工作,全過程各階段間平滑過度,不會出現(xiàn)人工
操作時(shí)明顯的停頓和反復(fù)現(xiàn)象,而且兩電機(jī)、兩副鋼絲繩出力
均勻平衡。
充分利用變頻器對電機(jī)的及自身完善的保護(hù)功能,如過熱、
過載、過流、過壓、缺相、接地等,從而避免設(shè)備在不正常狀
態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行,保護(hù)設(shè)備不被損壞。故障信息可以準(zhǔn)確地指
示故障點(diǎn),極大地方便了維護(hù)人員排除故障。
程序編制中可利用功能塊編寫各階段操作的功能塊程序,
在主程序中,根據(jù)手柄和檢測到的狀態(tài)信號調(diào)用不同的功能塊
程序,使程序變得簡單易讀,大大地提高了編程效率,也方便
了現(xiàn)場的調(diào)試。另外程序中需考慮更換鋼絲繩時(shí),按傳統(tǒng)控制
方式工作的功能。
4.結(jié)束語
此方案解決了抓斗控制中存在疑難問題,降低了設(shè)備的故
障率,降低了操作人員的工作強(qiáng)度,提高了抓斗起重機(jī)的工作
效率,實(shí)踐證明切實(shí)可行。