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PLC及变频器在港口起重设备上的应用

2015-07-21姜霁虹

中国高新技术企业 2015年28期
关键词:泰州接触器起重机

摘要:目前,PLC、变频器以及一些新型电气元器件已经广泛运用到港口起重机上,电气可靠性得到了提高,故障率大大降低,改善了港口起重机的性能,维修起来非常方便。文章分析了PLC、变频器及周边电气器件在港口起重机上运用的选型依据和体会,以提高系统的可靠性。

关键词:PLC;变频器;电气元器件;港口起重设备;设备故障;电气可靠性 文献标识码:A

中图分类号:TP217 文章编号:1009-2374(2015)28-0054-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.026

可编程逻辑控制器(PLC)在20世纪80年代中期即在我国推广使用。目前,PLC、变频器以及一些新型电气元器件已经广泛运用到港口起重机上,电气可靠性得到了提高,故障率降低,大大地改善了港口起重机的性能,维修也变得非常方便。泰州港运集团公司在较早时期采用PLC技术对起重机的控制电路进行改造。当时选用的是日本三菱公司的F1系列PLC,输入输出点(I/O)为20~60点,最多可扩展到120点。该机为整体结构,输入输出点固定为3∶2。CPU是MCS51系列单片机,主频和内存都很小,最多允许编程1000步,用简易编程器编程,这是早期产品。随着计算机技术的日新月异,PLC也在不断发展,现在模块化结构的PLC,输入输出模块配置都很灵活,其中采用通讯组件、主从站结构的模块的PLC,配置更加灵活。简单介绍如下:这是一种类似新型彩电I2C结构的技术,即仅由两根线组成:一根串行时钟线;一根串行数据线。结构如图1所示:

这种结构对有行走机构的起重机,如桥吊、门机、台架式起重机特别合适,可减少很多条控制线和中心受电器的环数,实际线路变得很简洁。例如泰州杨湾港区一期工程新安装的10T门机即选用了这种结构,其型号为OMRON的CQM1型的PLC,主机安装在司机室,从站安装在各个电器控制单元中,司机室主机到机房控制柜的控制线6根就够了。具体为2根AC220V控制电源线、2根DC24V控制电源线、2根通讯线。同样,从司机室主机到大车行走控制柜的控制线经过中心受电器,中心受电器控制回路的环数也只要6道。但如不选择这种模块的PLC,则中心受电器控制回路的环数将多达23道,具体见表1:

这样就使整个系统变得简洁流畅,更重要的是提高了中心受电器这个电气薄弱环节的可靠性,从而提高了整机的电气可靠性。由此可见,这种主从站结构的模块值得推广介绍。同时,我们在PLC运用时的线路设计应摒弃传统继电器控制线路的模式,以便充分发挥PLC的优越性。例如,有人设计电动机的正反转电气联锁线路时,采用如图2所示电路:

将副触头与线圈就近接线,这样虽然达到联锁目的,线路也不长,但没有充分利用PLC有输入输出故障显示、全面控制的优点,降低了可靠性,增加了维修难度。如果将接触器辅助触头作为PLC的输入信号,在完成电气联锁的同时,又能够检测系统工作情况,并通过显示屏等显示出故障点,非常有利于故障的发现与排除,如图3所示:

今后PLC的发展方向除实现单机控制外,还有联机功能,可将数据上传给计算机,并与港口局域网相连,全面实现设备自动化管理。

我们在设备安装了PLC以后,由于其固有的特点,也就对其周边电气器件提出了相应的要求,目前港口起重机广泛使用的输入电气元件,如联动台、行程开关、过流继电器等的副触头和接触器付触头,其触点容量大,体积也大。它们都是为分断电压AC500V、DC220V,电流5A左右即所谓强电而设计的,造成整个结构粗笨,司机操作不灵活,劳动强度较大。港口起重机使用PLC以后,由于PLC的输入要求是电压在DC24V以下,电流仅为5~20mA,即所谓弱电。它要求高灵敏度的触点或无触点的电子开关器件,因而联动台应选用结构精巧,触头灵敏的联动台。泰州港杨湾港区一期工程新建的40T-30M台架起重机就大胆选用了这种新型联动台,操纵灵活,减少了劳动强度,可靠性很高,深得司机喜爱。常规行程开关、过流继电器、中间继电器等的常闭接点,接到PLC工作一段时间以后,触头表面易氧化,造成接触电阻增大,弱电不能通过,产生误动作。但在强电环境下,它们工作正常,没有故障,所以国外有的PLC和变频器的说明书上特别声明,它们的输入点须用高灵敏度的低压继电器。具体选用上,如行程开关,可广泛选用无触点的接近开关,它可直接与PLC联结。中间继电器等选高灵敏度的低压继电器。另外,PLC输出容量较小,一般需要中间继电器扩容,常规中间继电器和小容量接触器体积大,故障率较高。建议选用插座式,一对接点的专用继电器,可减小体积,提高可靠性,而且更换方便。

下面我们谈谈有关变频器运用的体会。集装箱门式起重机的大小车机构选用变频器控制,其优点明显,已被人们接受。如杨湾港区一期工程35T-36M集装箱门式起重机即采用这种设计。其精确的定位,在装卸作业生产中得到了充分体现,大大提高了生产率,创造了很好的经济效益。

门机、台架式起重机将旋转机构和大车行走机构合用一个变频器控制,这也是一个巧妙的设计。这是因为旋转机构和大车行走机构电机总容量相近,又不同时工作。以上机构选用变频器控制后,有一个共同的特点:这些机构的负载不太大,变化范围小,这就在省去了许多接触器和电阻箱的同时,还可选用普通鼠笼电机。普通鼠笼电机比绕线式电机价格小得多,而较小容量的变频器价格也不高。如此算来,在总投资增加不多的情况下,可取得较高的性能价格比。

起升机构选用变频器,目前可能还不能被接受,因为投资额较大。但随着集装箱业务增加,大吨位货种增多,现代起重机运行要求更加平稳,定位要求更加准确。在制动过程中必须自动接入平滑的电气制动,制动器仅作为停止器使用。能耗制动、涡流制动都有其缺点,不能满足要求。而近年来变频技术飞跃发展,特别是矢量控制技术的应用,变频技术日趋成熟。价格却逐步下降,目前在0.5~1元/W左右。起升机构选用矢量控制技术的变频器,再配以变频电机(变频电机的价格约是同容量普通鼠笼电机1.8倍,但低于绕线式电机),可满足对调速硬度、低频转矩特性的要求。可以长时间低速运行,能有效防止重载空中溜钩现象。空钩或轻载工况的速度可大幅度提高,大大地提高生产率,并具有明显的节能效果。

总之,起升机构选用变频器,能够节能,提高生产率,能延长起重机金属结构的疲劳寿命及各传动机构的使用寿命,减轻司机的劳动强度,因而性能价格比也比较高。以上就PLC及变频器在港口装卸机械设备上的应用,谈了我们一点体会,新技术、新工艺、新材料的采用,对于提高港口装卸机械的总体性能、改善工人的劳动强度、提高系统的可靠性都有实际意义。

作者简介:姜霁虹(1973-),女,江苏泰州人,江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院助理工程师,研究方向:起重机械、电梯等特种设备检测。

(责任编辑:陈 倩)

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