10t淬火橋式起重機電氣控制系統

劉 君，劉文濤，穆 巍，康 寧

大連神通電氣有限公司，遼寧大連 116113

0 引言

淬火橋式起重機是用在金屬熱處理的專用起重機械，主要用于對大型工件或細長桿件快速進入淬火液中淬火。隨著對起重機的調速方式與精度的不斷提升,控制方式也越來越先進,如采用PLC 程序控制替代繼電器邏輯控制,變頻器替代傳統的三相異步電機轉子側串電阻的調速方式等。本文以大連神通電氣有限公司有限公司為大連寶原核設備有限公司設計的10t 電動雙梁吊鉤淬火橋式起重機 (以下簡稱“淬火橋機”)為例，對該淬火橋機的電氣控制系統與各機構的控制方式作一介紹。

1 電氣控制系統簡介

大連寶原核設備有限公司的10t 淬火橋機采用雙梁單小車結構,小車上布置一個起升電動機,單鉤最大起重量為10t。起升機構為變頻器調速，大車、小車運行機構采用電動機轉子串電阻調速方案，整個系統設有獨立的照明變壓器，為照明、維修插座及輔助電路提供AC220V,AC36V 電源。控制方式采用德國HBC-FST524M4 系列遙控器地面遙控。淬火橋機電氣系統主要由PLC、變頻器、接觸器以及中間繼電器構成。該系統的控制核心為歐姆龍CS1 系列PLC 構成的CUP 機架,該系統一個CPU 機架由一個CUP 單元、電源單元、CPU 底板，基本I/O 輸入輸出單元構成。輸入單元主要對操作指令、各機構運行狀態以及各限位開關的反饋信號進行采集；輸出單元主要作為起升變頻器的輸入信號及控制平移機構的方向和速度，該系統的CPU 機架如圖1 所示。

圖1 系統CPU 機架

2 電氣控制系統設計

2.1 變頻器選型

淬火橋機起升機構選用ABB 公司的ACS800 系列提升機專用的變頻器,主要由于該系列變頻器性能明顯優于標準應用型變頻器。

1）軟件升級

增加了提升機軟件，該軟件對起升機構的轉速、轉矩控制、電氣制動及機構工作安全性等方面做了升級。

2）故障檢測

具有變頻器故障輸出功能,指示變頻器的工作狀態，當變頻器出現異常時通過轉換變頻器內部輸出繼電器的輸出狀態，使機構禁止運行。

3）制動器控制

為了防止溜鉤，在起升機構提升前,變頻器先產生一個向上的轉矩并對該轉矩進行驗證； 在起升機構停止前，為了減少剎車片的磨損，增加制動器的使用壽命，可以設定在電機低速時抱閘，抱閘前變頻器自動檢測電機轉速,達到設定的低速時再抱閘。

2.2 起升機構

由于淬火起重機起升機構要求具有下降速度快，準確定位制動，因此本機起升機構使用變頻器調速方案，起升電機型號為YZP200L1-6/22KW 所采用的變頻器型號為ACS800-01-0050-3+P901+D150+N652，由于異步電動機在轉差率變化不大時，轉速n=60f/p，因此變頻器通過改變輸出頻率調速具有調速范圍大，平滑性好的優點，本機變頻器采用CRANE 應用宏，起升機構配備脈沖編碼器，通過對電機的直接轉矩控制模式（DTC），達到對起升電機進行精確的速度和轉矩控制。

2.3 平移機構

本機大、小車機構分別采用XQR3 與XQR1 標準線路，通過轉子串電阻方案進行調速，轉子電阻由一級反接電阻，三級加速電阻和一級軟化電阻組成。加速電阻在起動后逐級切除，使電機逐步加速；軟化電阻是不切除的，始終接在轉子回路中，使機械特性稍稍軟化。此線路由于采用了延時繼電器自動切除加速電阻的環節，因此主令控制器的檔位少，提高了自動化程度，同時避免了由于操作快而使電動機在轉子回路無電阻的情況下起動的可能性，增加了系統的安全性。

2.4 起升制動器的控制

本機起升機構選用的ACS800 系列變頻器具有轉速轉矩驗證功能,變頻器可以將驗證結果反饋到控制系統，以此確保起升電機在開閘前已有一個預加力矩,力矩大小通過設定變頻器的67 組參數后由變頻器自動給出。本機起升機構的抱閘應用ABB 變頻器速度監控功能，制動時變頻器先減速,當達到設定的抱閘速度時給出抱閘信號，當PLC 的輸入模塊采集到該狀態時才抱閘，從而實現低速制動,增加制動時的安全性，提高制動器的使用壽命。

3 PLC 選型及程序設計

3.1 PLC 選型

本機選用歐姆龍公司的CS1 系列PLC ,采用CX-One 編程軟件。CS1 系列PLC 是具有多種控制功能、適用于各種領域的控制器。具有以下優點：

1）進一步提升了作為PLC 核心的指令實效性能，實現過程時間和精度的最優化；

2）CPU 采用CS1G-CPU43H 具有在線編輯、程序保護、出錯檢查等功能；

3）PLC 具有多種特殊指令，使得操作與應用更加匹配，無需進行復雜的梯形圖編程即可簡單的完成高精度的編程,方便程序的編制。

3.2 PLC 程序設計

1）主回路程序設計

將主斷路器輔助點、起升重錘限位以及門開關串接在主回路中，當起升機構到達重錘限位或門打開時，主接觸器斷電，各機構都不能動作。梯形圖如圖2 所示。

圖2 主回路梯形圖

2）起升機構控制

通過PLC 輸入模塊接收到的遙控器給出的控制指令，對起升機構變頻器起動/停止和方向、速度進行控制。梯形圖如圖3 所示。

圖3 起升變頻器控制梯形圖

3）平移機構控制

通過PLC 輸入模塊接收到的遙控器給出的控制指令，對平移機構的起動/停止和方向，速度進行控制。以大車機構為例，梯形圖如圖4 所示。

4 安全保護

4.1 配電部分

整個控制系統配有XJ3-D 系列電源保護器，在電源缺相，過壓時對系統進行保護,在橋機兩側端梁設置門開關，當門打開時，門開關將信號反饋到PLC 輸入模塊，橋機的各個機構都不能開動。

圖4 大車機構梯形圖

4.2 變頻器部分

選用的ACS800 系列變頻器具有電動機過載、缺相、接地、過流、直流母線過電壓等保護。

4.3 機構保護

各機構均設有行程限位保護，行走機構在兩端設置終點限位開關作為終端限位安全保護；起升機構具有上升兩級保護。第一級保護本機構，第二級保護斷開總電源接觸器。起升電機中還裝有超速開關，當電機轉速超過1.15 倍最高轉速時，采用緊急剎車制動，起升機構停止運行。

4.4 其他保護

平移機構均有零位保護、過載保護等。起升機構配有重量限制器，當負載達到額定值的90%時，發出預警報信號，起升機構只能以低速運行，當負載達到額定值的105%時，發出警報信號，起升機構停止上升，只能下降。

5 結論

本機于2011 年11 月調試完成并投入使用。運行至今 ,系統工作正常,各項運行數據符合技術要求，因此可以驗證系統中所選用的電器元件是達到設計標準的，電氣控制系統的設計是安全可靠的。

[1]ACS800提升機傳動控制固件手冊.北京ABB電氣傳動系統有限公司出版，2008.

[2]SYSMAC CS1 可編程序控制器.歐姆龍（中國）有限公司出版，2008.

[3]張志文.起重機設計手冊.中國鐵道出版社，1998.