起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

徐志平

摘要：作為機(jī)械行業(yè)最常見(jiàn)的設(shè)備，起重機(jī)的應(yīng)用更加普及。在電氣智能化系統(tǒng)不斷升級(jí)的過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際的操作，對(duì)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行故障分析和原因排查，并按照特定的解決方案，對(duì)整體解決過(guò)程制定了系統(tǒng)化措施。按照制定的系統(tǒng)及時(shí)排除電氣控制系統(tǒng)故障問(wèn)題，針對(duì)特定的原因進(jìn)行方案的預(yù)警，實(shí)現(xiàn)故障的最優(yōu)化處理，既保證起重機(jī)的工作效率，又可以提高對(duì)電器的控制效果，從而達(dá)到安全操作的目的。

關(guān)鍵詞：起重機(jī);電氣控制系統(tǒng);故障

引言

起重機(jī)能夠應(yīng)對(duì)惡劣的工作環(huán)境，因此被現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)廣泛推廣。在進(jìn)行大型貨物搬運(yùn)過(guò)程中，需要應(yīng)用塔式起重機(jī)完成更復(fù)雜的材料調(diào)動(dòng)，所以起重機(jī)在港口碼頭比較常見(jiàn)。作為確保運(yùn)輸貨物安全性較高的機(jī)械設(shè)備，起重機(jī)被更多應(yīng)用領(lǐng)域所認(rèn)可。目前，起重機(jī)出現(xiàn)電氣控制的系統(tǒng)問(wèn)題較多，故障率約為45.3%，所以設(shè)計(jì)人員要根據(jù)出現(xiàn)的系統(tǒng)故障情況查詢產(chǎn)生原因，并對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，或采取必要的糾正措施，降低問(wèn)題的出現(xiàn)幾率。

1、起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)存在故障的分析

眾多港口需要起重機(jī)完成貨物的調(diào)運(yùn)，所以，這些場(chǎng)所也是起重機(jī)產(chǎn)生電氣故障較多的區(qū)域，通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總得知，每月都會(huì)出現(xiàn)5次左右的故障。此時(shí)，要對(duì)電氣系統(tǒng)控制下的問(wèn)題進(jìn)行具體分析：第一，考慮是否因人為因素而導(dǎo)致的故障。當(dāng)操作者未按標(biāo)準(zhǔn)化流程完成調(diào)取過(guò)程，或者未及時(shí)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)排查，使起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒壞等問(wèn)題;第二，非人為因素。起重機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)存在問(wèn)題，各零部件也存在使用年限較長(zhǎng)或不匹配等情況，比如轉(zhuǎn)子電阻被燒壞，由于在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所受電阻較大而導(dǎo)致部分區(qū)間溫度升高而產(chǎn)生損傷，再比如起重機(jī)在開(kāi)機(jī)初期會(huì)產(chǎn)生明顯的溫度變化，而操作人員反復(fù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)操作，導(dǎo)致電阻瞬間溫度過(guò)高，致使內(nèi)部電阻被燒毀而出現(xiàn)電機(jī)故障問(wèn)題。無(wú)論哪種故障原因，都要對(duì)電氣控制的系統(tǒng)進(jìn)行排查，之后對(duì)產(chǎn)生的缺陷采取針對(duì)性的原因分析以制定解決方案。當(dāng)起重機(jī)使用一般繞線式交流異步電機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，則要對(duì)該系統(tǒng)控制下的控制器、繼電器以及接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，了解這種系統(tǒng)存在的致命缺點(diǎn)以后，才能根據(jù)使用需求完成設(shè)備的配置。出現(xiàn)問(wèn)題后，起重機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中則會(huì)有明顯的制動(dòng)損傷情況，在制動(dòng)的同時(shí)造成原有的磨損程度更加嚴(yán)重，進(jìn)而對(duì)繼電器和接觸器等零部件造成破壞，提高故障發(fā)生幾率。

還有，某些工作場(chǎng)所的環(huán)境十分惡劣，比如：港口區(qū)域經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)狂風(fēng)、暴雨等惡劣天氣，在這種環(huán)境下，相對(duì)穩(wěn)定的電氣系統(tǒng)會(huì)受雨水沖刷或振動(dòng)影響而出現(xiàn)系統(tǒng)故障問(wèn)題，在找尋相關(guān)資料查明原因以后，對(duì)需要進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)的PLC系統(tǒng)制定保護(hù)辦法，以維持更加穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。

2、 起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障的改造設(shè)計(jì)方案

2.1 PLC 選型及設(shè)計(jì)

PLC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，它可以通過(guò)微處理器將相對(duì)復(fù)雜的數(shù)字運(yùn)算過(guò)程在系統(tǒng)中完成，從而完成指令的分配。我國(guó)現(xiàn)代科技水平的不斷提升，使得多數(shù)系統(tǒng)的智能率也逐步增高，在不斷研發(fā)的同時(shí)，出現(xiàn)了更多滿足市場(chǎng)需求的PLC種類，在相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境下，PLC系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行相應(yīng)的匹配，從而提升工作效率，具體的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。在了解電氣系統(tǒng)的控制方式和出現(xiàn)故障的基本原因后，設(shè)計(jì)人員參考起重機(jī)的電氣控制圖示，將其中包含的PLC電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行理論化的升級(jí)，使其具備更多功能，比如：第一，PLC具有閉鎖啟動(dòng)功能。起重機(jī)等大型設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備誤傷人員等情況，而在閉鎖啟動(dòng)功能的約束下，PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)識(shí)別和啟停控制。當(dāng)起重機(jī)停止工作以后，全部線路必須切斷電源，不產(chǎn)生工作能力的情況下才能重新接通主電源，也只有這樣，才能消除無(wú)法完成對(duì)單一指令的控制而出現(xiàn)的安全事故問(wèn)題;第二，單一操作指令都具備保護(hù)功能。比如：當(dāng)起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩會(huì)具有一定的限位，這是確保在動(dòng)作達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，對(duì)元器件進(jìn)行功能性保護(hù)，避免元器件本身受到影響;第三，各個(gè)變頻器的動(dòng)作配合緊密。將PLC系統(tǒng)與變頻器協(xié)調(diào)使用時(shí)，利用協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的方法，可以避免單一設(shè)備故障，而使起重機(jī)動(dòng)作無(wú)法被控制的情況，從而消除產(chǎn)生的故障風(fēng)險(xiǎn);第四，重要操作指令由主令開(kāi)關(guān)直接控制。起重機(jī)在電氣系統(tǒng)控制下，要保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)動(dòng)作指令既要確保能夠單獨(dú)執(zhí)行，又要統(tǒng)一受主令開(kāi)關(guān)控制。

2.2 變頻器的選型

按照起重機(jī)的使用需求，在變頻器選擇過(guò)程中，要讓搭配使用的變頻器具有良好的速度調(diào)節(jié)功能，同時(shí)可以在使用時(shí)維持高性能的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使整體的安全系數(shù)得到提升。每個(gè)變頻器都會(huì)依據(jù)實(shí)際的使用狀況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和安裝，在變頻器中增加進(jìn)線電抗器，可以對(duì)后續(xù)產(chǎn)生的電氣系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)控，保留凸輪控制器、電機(jī)以及抱閘等基本零部件，并采取電機(jī)滑環(huán)短接的方式，增強(qiáng)多其的控制能力。在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)期間，如果部分電阻耗能較多，變頻器也會(huì)根據(jù)自身需求進(jìn)行能量的上升或下降調(diào)節(jié)，使電機(jī)時(shí)刻處于高性能的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且可以消耗更少的能量，完成指定的動(dòng)作指令，改造以后的變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)七段速度調(diào)節(jié)，具體見(jiàn)表1

2.3 起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造的關(guān)鍵點(diǎn)

電氣系統(tǒng)控制下的起重機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，根據(jù)不同故障進(jìn)行原因分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)故障與其電阻負(fù)荷過(guò)大有關(guān)，所以，在特定位置安裝變頻控制系統(tǒng)，能夠有效降低故障發(fā)生幾率。但是安裝變頻系統(tǒng)的過(guò)程中要注意，確保安裝以后電氣控制系統(tǒng)維持良好的控制狀態(tài)，并且在起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不會(huì)由于瞬間溫度過(guò)高而出現(xiàn)燃燒等情況。一旦發(fā)生該問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)無(wú)法被控制而產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，最終起重機(jī)會(huì)在調(diào)轉(zhuǎn)物體難以控制的情況下，受慣性影響而對(duì)其他零部件造成二次損傷。改造過(guò)程中要注意，第一，合理控制體重物的停止點(diǎn)。當(dāng)起重機(jī)的變頻控制體系缺失時(shí)，起重機(jī)將無(wú)法按照給出的指令開(kāi)始或停止工作。部分區(qū)域的瞬時(shí)電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的變阻產(chǎn)生更大的熱量，從而出現(xiàn)零部件損傷情況。根據(jù)變頻PLC的控制需求，當(dāng)變頻器整體工作效率下降或停止工作時(shí)，某些區(qū)域的瞬時(shí)溫度會(huì)更高，而系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而發(fā)出抱閘、斷電的指令;第二，控制升降階段要點(diǎn)。升降機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，部分電阻溫度過(guò)高導(dǎo)致升降機(jī)超出限額標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)周邊的零部件造成損傷，進(jìn)而引發(fā)電機(jī)燒毀等問(wèn)題，所以在進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，要利用安裝的變頻設(shè)備及時(shí)查詢電流的變化數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)給出抱閘、松開(kāi)指令，確保升降更加安全。

2.4 起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造的保障措施

設(shè)計(jì)人員在完成起重機(jī)電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)零部件采取必要的保障方法：第一，隔離已經(jīng)完成改造的起重機(jī)，消除電磁干擾造成的影響。當(dāng)起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)被升級(jí)優(yōu)化以后，起重機(jī)本身要處于隔離狀態(tài)，避免在對(duì)其他零部件進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，由于電磁干擾問(wèn)題，對(duì)已經(jīng)完成改造的起重機(jī)產(chǎn)生影響，具體的防護(hù)措施為，在電頻調(diào)速器和電動(dòng)機(jī)之間加裝 II 濾波器，如圖2所示;第二，對(duì)操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)。操作者要具備良好的專業(yè)能力，既要了解起重機(jī)的維修保養(yǎng)方法，又可以知道正確的使用方式，進(jìn)行電氣系統(tǒng)故障排查過(guò)程中，要先消除人為因素產(chǎn)生的影響，之后根據(jù)起重機(jī)的檢查周期，定期進(jìn)行檢修和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故隱患問(wèn)題。相關(guān)部門的工作人員在上崗后，也要根據(jù)公司要求學(xué)習(xí)專業(yè)技能知識(shí)。在正規(guī)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)獲取基本技能后，可以通過(guò)實(shí)際操作的方式，對(duì)電氣控制系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行鞏固，并合理對(duì)電氣控制系統(tǒng)的原部件進(jìn)行改造和升級(jí)，提高該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3、起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化改造后的成效分析

將起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)，第一，要先從PLC控制系統(tǒng)著手。在PLC體系進(jìn)行完善和優(yōu)化的同時(shí)，確保被優(yōu)化以后的系統(tǒng)具有更好的操控能力。穩(wěn)定的操作系統(tǒng)可以降低不必要波動(dòng)的出現(xiàn)，維持起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的安全;第二，提高起重機(jī)的使用壽命。優(yōu)化以后要實(shí)現(xiàn)操作指令的精準(zhǔn)調(diào)控，確保及時(shí)進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)反復(fù)的啟停動(dòng)作，也不會(huì)因瞬時(shí)電流過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)高的溫度，從而對(duì)零部件進(jìn)行保護(hù)。合理調(diào)節(jié)溫度可以讓電機(jī)產(chǎn)生最小的損傷，從而降低不必要的成本支出;第三，降低故障發(fā)生幾率。穩(wěn)定以及安全的控制系統(tǒng)是降低幾率的重要方式，比如：經(jīng)過(guò)改造以后，故障幾率可以由每月的五次降到兩次，每一次維修過(guò)程都會(huì)提高成本，所以要確保故障率降低以提高工作效率。

綜上所述，有效對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，是降低電氣控制系統(tǒng)故障率的重要方式，也只有對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行完美的升級(jí)和匹配，才能對(duì)故障進(jìn)行控制，使起重機(jī)維持高效的工作性能，并達(dá)到節(jié)能降成本的效果。

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