多種電氣保護(hù)在JE36-400壓力機(jī)上的應(yīng)用

張博，任玉龍

（一汽解放汽車(chē)有限公司卡車(chē)廠(chǎng)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

一汽解放汽車(chē)有限公司卡車(chē)廠(chǎng)沖壓車(chē)間承擔(dān)解放J6、J7各品系卡車(chē)駕駛室沖壓件的生產(chǎn)任務(wù)。目前沖壓車(chē)間擁有JE36-400壓力機(jī)5臺(tái)，每臺(tái)壓力機(jī)之間由人工進(jìn)行上料和下料，通過(guò)皮帶機(jī)將工件傳送到下一工位，在線(xiàn)尾完成裝箱碼放，5臺(tái)壓力機(jī)及4臺(tái)皮帶機(jī)布置在一起便構(gòu)成一條沖壓手工生產(chǎn)線(xiàn)[1]。

JE36-400壓力機(jī)在現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)備自身出現(xiàn)的卡滯、失靈等問(wèn)題造成離合器結(jié)合無(wú)法脫開(kāi)還是會(huì)偶然出現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)操作人員來(lái)說(shuō)存在一定的安全隱患，易出現(xiàn)壓手等工傷事故，那么消除此類(lèi)隱患對(duì)于工廠(chǎng)的安全生產(chǎn)管理和員工的人身安全意義重大，勢(shì)在必行。JE36-400壓力機(jī)的主電機(jī)功率為75KW，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)原理，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)一般允許短時(shí)間過(guò)載，但是如果過(guò)載時(shí)間太長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)的溫度超過(guò)允許值，就會(huì)造成絕緣老化，縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀繞組。為了防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行而造成損壞，選擇新的過(guò)載保護(hù)形式，能夠?qū)﹄姍C(jī)起到有效保護(hù)[2]。

1 連車(chē)報(bào)警裝置的應(yīng)用

1.1 單次行程

JE36-400壓力機(jī)上死點(diǎn)為330°-30°，在上死點(diǎn)以單次模式啟動(dòng)壓力機(jī)時(shí)需要通過(guò)移動(dòng)按鈕站的雙手按鈕來(lái)完成啟動(dòng)。按下雙手啟動(dòng)按鈕，通過(guò)PLC程序輸出給繼電器線(xiàn)圈供電，繼電器吸合后離合器雙閥得電，滑塊動(dòng)作。當(dāng)滑塊運(yùn)行到180°時(shí)，松開(kāi)雙手啟動(dòng)按鈕，滑塊通過(guò)程序控制自動(dòng)返回到上死點(diǎn)停車(chē)，完成一次“單次”啟動(dòng)沖程。

1.2 連車(chē)問(wèn)題的具體體現(xiàn)

單次啟動(dòng)時(shí)按下雙手按鈕，滑塊運(yùn)行在30°～180°之間，當(dāng)程序停止給雙閥輸出信號(hào)，如果接觸器反饋觸點(diǎn)接通，可判斷為電氣連車(chē)。當(dāng)雙閥控制接觸器沒(méi)有得電，編碼器檢查到滑塊動(dòng)作，可判斷為機(jī)械連車(chē)，電氣連車(chē)和機(jī)械連車(chē)統(tǒng)稱(chēng)連車(chē)故障[3]。在單次啟動(dòng)過(guò)程中，如果離合器雙閥繼電器觸點(diǎn)粘連或者離合器雙閥閥芯卡死，滑塊將不受操作人員和程序控制，一直做連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。操作者得不到“連車(chē)故障”信息如果繼續(xù)執(zhí)行送件或取件動(dòng)作，存在極大的安全隱患。現(xiàn)如今沒(méi)有找到徹底消除“連車(chē)故障”的技術(shù)，所以為了將連車(chē)故障所帶來(lái)的危害降低至最低，需增加連車(chē)報(bào)警裝置。

1.3 設(shè)計(jì)原理

根據(jù)壓力機(jī)單次運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，滑塊在上死點(diǎn)角度330°-30°和單次返回角度180°-330°時(shí)，滑塊向上運(yùn)行相對(duì)于操作者是安全的；滑塊在整個(gè)行程過(guò)程中，離合器雙閥斷電，滑塊會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，行走角度小于30°屬于正常停止。根據(jù)此特點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓力機(jī)連車(chē)報(bào)警裝置原理如下：壓力機(jī)滑塊在30°-180°運(yùn)行時(shí)，PLC采集解算裝置的滑塊實(shí)時(shí)角度，如果邏輯控制程序沒(méi)有給離合器雙閥輸出，滑塊繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)如果制動(dòng)角超出30°（出現(xiàn)連車(chē)故障），控制程序執(zhí)行停止壓力機(jī)主電機(jī)，飛輪制動(dòng)閥同時(shí)得電對(duì)滑塊進(jìn)行快速制動(dòng)，滑塊卸荷閥得電，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，提醒操作者撤離壓力機(jī)滑塊。JE36-400壓力機(jī)平均一個(gè)行程需要5.5s，正常人體反應(yīng)時(shí)間為0.15s～0.4s。按照人體最慢的反應(yīng)時(shí)間0.4s計(jì)算，0.4秒壓力機(jī)滑塊可行走26°左右。控制程序中設(shè)定滑塊角度大于30°且小于180°時(shí)，如果連車(chē)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，那么滑塊超過(guò)上死點(diǎn)角度30°，加正常情況下的制動(dòng)角30°，加上人類(lèi)最慢反應(yīng)時(shí)間0.4s對(duì)應(yīng)滑塊行走的角度26°，一共等于86°，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到下死點(diǎn)的180°，設(shè)備操作者有足夠的反應(yīng)時(shí)間撤離壓力機(jī)滑塊。所以增加壓力機(jī)連車(chē)報(bào)警功能，能夠?qū)Σ僮髡咂鸬饺松肀Ｗo(hù)作用[4]。

1.4 連車(chē)報(bào)警裝置程序控制方案

將十六進(jìn)制1E轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制30°放到DM214數(shù)據(jù)塊中。滑塊運(yùn)行在30°到179°過(guò)程中，雙閥控制接觸器掉電觸發(fā)一個(gè)上升沿脈沖，將當(dāng)前角度分別賦值給DM70和DM20數(shù)據(jù)塊中。雙閥控制接觸器掉電同時(shí)時(shí)間繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)，500ms后再次將當(dāng)前角度賦值給DM20數(shù)據(jù)塊。用DM20數(shù)據(jù)塊的值減去DM70數(shù)據(jù)塊的值，結(jié)果存放到DM250數(shù)據(jù)塊中，如果DM250數(shù)據(jù)塊的值大于第一步DM214中所賦值的30°，證明已經(jīng)連車(chē)。將連車(chē)報(bào)警信號(hào)作為條件，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，并且可通過(guò)“故障復(fù)位”按鈕復(fù)位連車(chē)報(bào)警。

2 新型過(guò)載保護(hù)裝置的應(yīng)用

2.1 主電機(jī)常見(jiàn)過(guò)載現(xiàn)象

（1）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)飛輪剎車(chē)閥因故障沒(méi)有打開(kāi)，飛輪抱死，電機(jī)的啟動(dòng)電流增大，如果電機(jī)不足以克服剎車(chē)制動(dòng)做功，電機(jī)將堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電機(jī)。

（2）控制回路的熱繼電器觸頭由于溫度高而氧化，導(dǎo)致接觸不良缺相；電機(jī)引線(xiàn)或電纜一相斷開(kāi)電機(jī)缺相運(yùn)行，另外兩相電流增大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)燒毀電機(jī)。

2.2 新型過(guò)載保護(hù)裝置的保護(hù)范圍

（1）對(duì)斷相、漏電、過(guò)壓、欠壓、短路及三相電流不平衡進(jìn)行啟動(dòng)保護(hù)。

（2）依據(jù)最小相電流和最大相電流的比值判斷是否需要保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)任何兩相間的電流值大于跳閘值，顯示三相電流不平衡跳閘報(bào)警，執(zhí)行三相電流不平衡（斷相）保護(hù)。

（3）在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，根據(jù)最大線(xiàn)電流和額定電流的比值判斷是否需要保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)電流值大于跳閘值，顯示堵轉(zhuǎn)跳閘報(bào)警，執(zhí)行堵轉(zhuǎn)保護(hù)[5]。

（4）對(duì)電動(dòng)機(jī)電流值的跟蹤計(jì)算來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)免于因過(guò)流而縮短壽命或損壞，執(zhí)行過(guò)流保護(hù)。

（5）依據(jù)測(cè)量電壓和額定工作電壓的比值判斷是否需要保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)電壓值大于跳閘值，顯示過(guò)壓跳閘報(bào)警，執(zhí)行過(guò)壓保護(hù)。

（6）依據(jù)測(cè)量電壓和額定工作電壓的比值來(lái)判斷是否需要保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)電壓值小于跳閘，保護(hù)器執(zhí)行跳閘命令，開(kāi)啟欠壓保護(hù)。

（7）當(dāng)電流值大于額定電流值的8倍并持續(xù)一定時(shí)間，顯示短路跳閘報(bào)警，執(zhí)行短路保護(hù)。

2.3 方案設(shè)計(jì)

將壓機(jī)主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值作為比較基準(zhǔn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，主要從包括硬件的選擇、軟件程序的編寫(xiě)。首先是應(yīng)用過(guò)載保護(hù)裝置，如圖1所示，從電機(jī)主電源采集電流輸入值，過(guò)載保護(hù)裝置自帶模擬量接口，用于讀取電機(jī)啟動(dòng)電流和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電流值，在JE36-400壓力機(jī)上通過(guò)歐姆龍PLC組態(tài)中模擬量模塊AD003進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入PLC程序。通過(guò)SCL指令將讀取的模擬量轉(zhuǎn)換為實(shí)際可用的實(shí)際電流值，如圖2所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)先進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，在主電機(jī)星角啟動(dòng)時(shí)以及正常運(yùn)行時(shí)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較，電機(jī)啟動(dòng)比較電流為525A，運(yùn)轉(zhuǎn)比較電流為150A，程序中設(shè)定跳閘時(shí)間為4s，當(dāng)實(shí)際電流大于設(shè)定電流且超過(guò)跳閘時(shí)間，程序主電機(jī)運(yùn)行條件斷開(kāi)，需要在新型過(guò)載保護(hù)器上按下復(fù)位按鈕，故障清除后并查明電流過(guò)大原因，才能再次啟動(dòng)電機(jī)，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)保護(hù)目的。

圖1 過(guò)載保護(hù)裝置接線(xiàn)配置圖

圖2 控制單元PLC程序

3 結(jié)語(yǔ)

手工單機(jī)連線(xiàn)生產(chǎn)的方式在沖壓車(chē)間還較為普遍，設(shè)備的服役年限較長(zhǎng)，電氣控制及保護(hù)方法還停留在原設(shè)計(jì)上。通過(guò)電氣技術(shù)的不斷探索鉆研，制定出上述電氣改進(jìn)方案。新的思考方式、新的技術(shù)導(dǎo)入、新的控制形式在JE36-400壓力機(jī)上的應(yīng)用，彌補(bǔ)了壓力機(jī)沒(méi)有連車(chē)的防范措施，有效的消除了安全事故的發(fā)生。同時(shí)電機(jī)保護(hù)裝置的安裝，使得壓力機(jī)主電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行得到保護(hù)，電機(jī)的使用壽命大大增加。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證，新技術(shù)的應(yīng)用效果顯著，維修時(shí)間和維修費(fèi)用大幅降低，設(shè)備的可動(dòng)率得到提高。現(xiàn)已將其余4臺(tái)壓力機(jī)全部按照此方案改善，此次改造也為同類(lèi)型壓力機(jī)電機(jī)保護(hù)提供了參考。