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浅谈港口起重机电气控制系统的发展趋势 发布时间:2012-10-22
从事港口工作多年,深感港口起重机械电气控制日新月异的变化,逐步探索和总结了一些经验,下面结合自己的工作,谈一谈港口起重机电气控制系统的发展趋势(以M10-30门座起重机为例),与各位同行共同探讨,以便相互学习,促进和提高。

一、门座起重机的工艺特点及电气设备配置要求

门 座起重机是我港码头前沿的主要装卸机械,一般由行走、变幅、旋转和起升四大机构组成。如有抓斗作业,则起升机构由两套对称的机构:支持和开闭组成,以完成 抓斗的开合.为了维修方便,二套机构完全一致.其突出特点是:(1)可以根据需要换装各种索具,如吊钩,抓斗等满足各种作业要求(2)空间立体作业,机 动,灵活,速度快,生产率高。

门座起重机的工艺特点决定对其配套的电气设备的要求:(1)操作频繁,每小时接通1×10炒我陨?起升、制 动为正常工作情况,要求电动机、变压器、开关、接触器等设备适应其要求。(2)露天作业,受灰尘、气候影响,工作环境恶劣。(3)三维作业随机性大,要求 控制系统有多重完善的保护功能,故障诊断与显示报警功能。

二、门机起重机的电气传动系统

交流传动为M10-25门座起重机的首选方案。因为当今的变频技术已发展到普及阶段,而且技术性能也具与直流传动的可比性,系统力能指标效率和功率因数又远高于直流系统,电网公害低,大型机械应用变频调速。我港门机主要电气传动调速方式有:

1、 交流绕线式异步电机转子串电阻调速。方案虽古老,但系统简单、直观、成本低,使用维修都方便,只要调节转子外串电阻的大小就可以使电动机获得不同的运转状 态,且过载能力起动、力矩较大,因此对调速不高的装卸门座起重机至今仍在广为应用。只是采用了PLC取代继电器逻辑控制,减少了线路工程,提高了自动化水 平。随着电器材料和生产制造工艺的提高,开关的可靠性与寿命也大为提高,为系统提供了安全作业保证。

2、交流异步电机变频调速。这是交流 电机最完善的调速方式,速度可在整个调速范围内连续控制,调速平滑、精度高。有恒转矩和恒功率控制性能,对负载突变有极好响应。系统基波功率因数近于 1.0,对前级电源的容量配置要求低,且谐波等电网公害小,力能指标远优于其他方式。在我港对要求平滑启动的行走机构上应用的较多。其缺点是制造工艺相对 复杂、先期投入略高。,在我港多用于小功率异步电机的控制,但变频调速的平滑调速和其较高的稳定性是港口电机调速的方向。

3、涡流制动器 调速。交流绕线式异步电机转子串电阻与同轴安装的涡流制动器组成的调速系统,由于涡流制动器直流励磁,因此无论电动机转向如何,永为制动作用,系统机械特 性为二者合成,相当于双电机驱动。值得提出的是,这种系统只能短暂使用,特别用在系统要求有低速、微速的场合。因为涡流制动器本身的额定转速只有 100rpm,且工作制为ED15%。在我港只在少量地方使用。

三、门机起重机的电气控制系统

1)概述

M10-30 门座起重机的各大机构分别由三相交流绕线式异步电动机驱动,可以联合驱动,也可单独驱动,其主要原理为:电源从码头电网,首先经过电缆卷筒滑环,再经中心 滑环,到机房配电柜的自动空气断路器上,再由隔离开关分别送到各运行机构.控制回路由直流24V电源接入,司机操作主令控制器,控制PLC的输入端口,输 入端口还外接过流、过压、超限、联锁、保护等电路,当这些外围输入信号处于正常的工作状态时,PLC输出24V直流信号,驱动小型继电器的线圈,再由小型 继电器驱动接触器线圈,完成各种启动。因我港门机上选用了日本三菱公司的FX2N系列的PLC,输出触点容量较小大约为2A,而交流接触器采用的是老式的 CJ12系列的,线圈电流较大,为防止烧坏PLC内部电路,故选用继电器作为过渡。

2)可编程序控制器的优点

PLC为了 改进继电器控制系统而产生和发展起来的。继电器已有上百年的历史,它是一种电磁式的信号控制开关。在复杂的继电器控制系统中,故障的查找非常困难,往往花 费大量时间,严重地影响生产。为了寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统,使电气控制系统的工作更加可靠、更容易维修、更能适应经常变动的工艺 条件,PLC应运而生。可编程控制器是一台计算机,它是为工业环境应用而设计制造的计算机,它具有丰富的输入/输出接口,主要特点有:

1、编程方法简单易学。梯形图是使用最多的可编程序控制器的编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。校对形图语言形象直观,易学易懂。熟悉继电器电路图的电气技术人员只要略花时间就可以熟悉梯形图语言,并用来编制用户程序。

2、 功能强,性能价格比高。一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器,具有很强的功能,可以实现 非常复杂的控制。与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备,也可以通过联网通信,实现分散控制,集中 管理。

3、 触点,可靠性高,抗干扰能力较强。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器,时间继电器。触点和接线一样多,难免接触不良,因此很容易出现故障,影 响生产。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量接线,一般为继电器控制系统的接线的十分之一到百分之一, 因触点接触不良的故障减少了很多,大大的提高了港口的装卸运行效率。可编程序控制器采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施,如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自 恢复等,使之具有很强的抗干扰能力,平均无故障小时达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的起重机机房里。可编程序控制器以被广大用户公认为最可靠的 工业控制设备之一。

4、 设计、安装、调试工作量大大减少。可编程控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法,这种编程方法很有规律,比较容易掌握,对于复杂的控制系统,设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图所花的时间要少的多。

5、 维修工作量小,维修方便。可编程序控制器的故障率很低,并有完善的自诊断和显示功能。其输入输出信号的状态可以观察PLC上有关的发光二极管。我港技术部 门在对一台旧M10-30进行电气改造时,就加入了故障显示功能,当PLC的外部输入装置和执行机构发生故障时,可以参考故障显示提供的信息,迅速地查明 故障原因。

五、PLC改造需要注意的几个问题

1、在满足工艺条件的前提下,建议还是选用你已经用过的PLC为好,这样便于以后维修,还可以做到资源共享的好处。

2、通常按钮、限位开关、接近开关等外接电气部件提供的开关量信号对电缆无严格要求,故可选用一般电缆。若信号传输较远,可选用屏蔽电缆;模拟信号和高速信号线也选用屏蔽电缆。

3、布线时信号线与功率线应分开布线。电源电缆应单独走线;不同类型的线应分别装入不同的管槽中,信号线应装入专用电缆管槽中。

4、PLC交流电源输入端加接带屏蔽的隔离变压器和低通滤波器。隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来于扰,低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”干扰。

5、大量实践表明,PLC控制系统的故障率相当一部分由外接传感器故障引起。特别是一些机械型的行程开关、限位开关的故障率往往比PLC本身故障率高得多,所以在设计PC控制系统时应采取相应的措施。如用高性能的接近开关代替机械型的行程限位开关。

六、可编程序控制器的展望

1、可编程序控制器应向高性能,大容量发展,如我港门机起重机中的PLC输出容量可以直接驱动接触器线圈的话,必将更加的简化了控制电路,降低了故障率。

2、随着技术的不断成熟,PLC的价格将不断的下降,将更快地加速PLC的在工业中的普及。

3、增强可编程序控制器的联网通讯能力,使可编程序控制器与个人计算机之间以及与其他智能控制设备之间可以交换数字信息,行成一个统一的整体,实现分散控制和集中管理。

 七、结语

总的来说,变频调速和PLC的应用必将给工业系统带来异场巨大的变革,是港口起重机电气控制系统发展的趋势,也是港口电工必须学懂学透的一门技术,必须坚持理论与实践相结合,为港口起重机向自动化控制贡献自己的一份力量。
 
转载:中国工控网