[摘要]简要介绍建筑吊运设备分类和应用;同时结合先进的变频调速和PLC控制技术,对建筑吊运设备中起重机的变频调速控制系统进行设计和应用。

  关键词:建筑吊运设备 起重机 变频调速 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

  在建筑行业中,吊运技术是一项极为重要的技术。随着我国工程建设向标准化、工厂化、大型化、集成化方向发展,设备吊运的重量越来越重,高度越来越亮,难度越来越大,一个大型设备的吊运,往往是制约工程的进度、经济和安全的关键;同时也是展示企业的技术能力和装备能力。为适应当前形势的发展,吊运设备的种类也越来越多,吊运设备的控制也越来越先进化和智能化,其中变频调速和PLC控制技术在建筑吊运设备得到大量应用。

  二、建筑吊运设备

  建筑吊运设备按吊运的性质可分为:简单吊运器具:如千斤顶、滑轮组、葫芦、卷扬机、悬挂单轨等;起重机:常用的起重机有流动式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机。建筑吊运设备按结构形式可分为:桥架式(桥式起重机、门式起重机);缆索式;臂架式(自行式、塔式、门座式、铁路式、浮船式等)。

  而在建筑行业中使用最多的吊运设备为塔式起重机,其适用于在范围内数量多、而每一件单件重量较小的构件或设备的吊运,并其作业周期长。目前,塔式起重机吊运的能力在3吨至100吨之间,而其臂长能达到40米至80米,所以,塔式起重机常用在使用地点固定、使用周期较长的场合,较为经济。塔式起重机有起升、回转、变幅、运行、顶升、电缆卷放等机构,各个机构的负载特点区别很大。如起升机构为位能负载,负荷不变时为恒转矩,上升时为阻力负载,下降时为动力负载;回转、变幅则主要传递水平负荷,起动、制动时要客服较大的惯性。负载特点不同,在选择电机、确定传动方案和调速方法,操作使用方面也要有不同的要求。同时,由于建筑工地户外条件恶劣,电源质量不佳,外部环境影响大,检查维修较困难,因此对建筑吊运设备电气系统的可靠性即为重要。

  三、变频变频控制系统

  3.1、变频调速

  变频调速器是一种高科技电子电力元器件集成的电机拖动装置,理论上可以无级调速。而且变频调速是从恒转矩到恒功率进行全方位调速,设定一个频率就有一个对应速度,电控系统是以负载工作的实时变化要求为基础进行设计的,因此需要对负载和电机的特性进行全面的计算。频率f≤50Hz时电机以恒转矩的状态运行,频率f>50Hz时电机以恒功率的状态运行。图1中不同频率的机械特性曲线清楚地表明,不同的负载(转矩比)可以有咒种速度运行,完全能够满足轻载高速、重载低速的要求。

  不同频率的机械特性曲线

  3.2、起重机变频调速的硬件选择

  (1)变频电机的选择

  建筑吊运设备变频调速控制系统(图2)

  阻等效电阻值;V-制动单元直流工作点电压,一般取700V;Pe-电机额定功率;Kc-制动频度,在桥式起重机中取0.2~0.4;K-回馈时的机械能转换效率,一般取0.7)。

  (4)可编程控制器(PLC)的选择

  在桥式起重机中,由于各机构的控制档位一般为5档,那么每个机构所需的PLC总点数一般在19~20个点。对一台三个机构的桥式起重机一般所需的总点数在60个左右。

  (5)其它电气元器件按有关标准进行选择,在此不作详细说明。

  3河北快3.3、起重机变频调速的电气图设计

  现以安川变频器为例,主要说明起重机变频调速部分的电气图设计。起重机起升机构变频调速的电气原理图如图2所示。起升机构变频电机内配有旋转编码器,与安装在变频器内的速度卡连接,构成速度闭环控制。变频器上的S1~S7、SC、MA、MB、M1、M2等控制点和控制电机风扇运行接触器K7及制动器动作接触器K8的线圈控制线路分别与所选PLC的输入、输出及电源点连接,通过PLC内部程序的运行,实现对起升机构变频调速闭环控制。在变频器电源输入端子(R、S、T)和电源之间,配有漏电断路器Q1和AC电抗器。其中漏电断路器Q1的容量为变频器额定电流的1.8倍,感应电流在30mA以上,可以检出对人体有危险的高频漏电流,防止事故的发生;而其AC电抗器和变频器内的DC电抗器可有效改善电源侧的功率因数,降低对外界的干扰。

  起升机构变频调速的电气原理图

  起重机移动机构变频调速的电气原理如图3所示。移动机构变频调速为开环控制,无需配旋转编码器及速度卡。其它线路设计与起升机构类似。

  移动机构变频调速的电气原理图

  3.4、起重机变频调速的程序设计

  起重机变频调速的程序设计其实就是对所选PLC内的程序设计。PLC的程序设计一般采用梯形图或指令表两种方式进行程序设计。起重机变频调速的PLC程序分两部分:运行控制程序和通信接口程序。一般起重机变频调速主要的程序是运行控制程序,而对于通信接口程序只有在PLC配有触摸屏时才会涉及到。起重机每个机构的运行控制程序基本由电气保护、档位控制、制动器及电机风扇运行程序段组成。其中档位控制就是起重机司机室内联动控制台的档位变化,通过PLC内的程序运行,控制变频器的多段速指令变化,而使变频器输出频率随档位变化而按预设好的频率发生变化。

  起重机的PLC控制系统有96个输入点、64个输出点组成,共160输入、输出点,采用西门子S7-300(CPU为315-2DP)PLC,其扩展7块数字量输入模块SM321、4块数字量输出模块SM322。

  四、起重机变频调速的安装调试

  起重机变频调速控制柜在柜内安装时,变频器上下离柜体或其它元件的距离应在120mm以上,左右离柜体或其它元件的距离应在30mm以上,而且变频器和PLC最好不要在同一个柜内,避免相互间的影响。变频器和PLC的控制回路接线应采用屏蔽电缆,尽可能与动力线分离走线。变频器及PLC的接地采用C种接地,与电焊机、动力设备等接地分离,其接线应尽可能短。

  起重机变频调速的调试一般有以下几步:(1)调试前对所有设备、线路接线进行检查,测量电气线路在运输安装过程的损伤情况,以及电网供电是否存在缺相现象;(2)将预先设计好的程序输入到PLC内,这步也可在柜体制作过程中进行;(3)对变频器上电检查后,通过变频器上的控制屏对电机进行点动操作,看其旋转方向是否正确;然后选择适合电机的自学习方式,对电机进行自学习。若选择了旋转型自学习,就必须将负载脱离,并确保电机可安全旋转;(4)设置所选控制模式对应的参数及其它相应参数(其具体设置参见各自所选的变频器使用手册),并确定所有设备通电均无异常后,进行桥式起重机空载调试。(5)空载调试好后,带上额定负载进行满负载调试。在满负载调试时,适当改变变频器的加减速时间参数值,使加减速时间调整达到最佳值。若起升机构满负载运行时,出现明显的溜钩想象,就需要调整变频器内的制动参数。

  五、结束语

  起重机采用变频调速后,经过实际应用,运行效果良好,性能稳定可靠,故障维修率明显减少,达到了用户的预期目标,为用户创造了极大的经济效益,受到了许多用户的好评。同时,在负荷经常变化的情况下,具有轻载高速,重载低速的性能,合理利用功率,达到节能减排的目的。

  参考文献

  1.裘为章主编·实用起重机电气技术手册·机械工业出版社,2001

  2.张质文等主编·起重机设计手册·中国铁道出版社,1998

  3.戴广平编著·电动机变频器与电力拖动·中国石化出版社,1999

  4.王正茂等编著·电机学西安交通大学出版社,2000


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