实用起重机电气技术手册片
张栋梁++杜尚栋
[摘 要]起重机作为常见的物料搬运设备，在工业生产中有着不可替代的作用。所以提高桥式起重机的运行效率，确保运行的安全可靠性是十分重要的。加强对桥式起重机电气应急运行技术的进一步研究与开发，能够更好地解决桥式起重机因发生电气故障而无法正常有效工作的问题，从而确保了起重机的工作效率与质量。本文笔者简述了起重机电气应急系统的重要性，并在此基础上介绍了大小车应急系统及起升机构单动控制技术的设计原理和方案。
[关键词]起重机 电气故障 应急 调压调速 PLC
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0264-01
随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，定子调压调速和交流变频调速等技术作为高新技术，运用到起重机上可以使得起重机的整体特性得到很大的提高。再加上PLC，HMI起重机管理系统的介入使得整个系统更加完美可靠。不过在具体的运行过程中仍然会出现各种紧急事故，需要我们不断进行技术的研究开发，以进一步提高系统运行效率。在本文以某钢铁集团公司第二炼钢厂加料跨7号桥式起重机为例对起重机应急运行技术的设计与应用进行论述。由于炼钢生产节奏快，起重机作业率高，而近几年该起重机电气故障频发，已严重影响了生产。为此，起重机开发了电气应急运行技术。通过实际应用证明，开发的电气应急运行技术有效解决了起重机出现电气故障不能正常使用的问题。
1、电气控制系
7号桥式起重机有大车、主小车、副小车、前钩、后钩5个机构，其控制系统以西门子S7-200编程控制器为核心，各机构采用定子调压调速或变频控制。各机构控制系统为：大车运行机构由1台定子调压调速装置调速及接触器换相控制4台30 k W的绕线式电机。主副小车运行机构分别由1台定子调压调速装置调速及接触器换相控制1台15 k W的绕线式电机。前、后钩起升机构分别由2台变频器调速分别控制2台110 k W的变频电机，且前、后钩的2台变频器采用主从联动控制。
2 、技术开发
1）当大小车机构出现电气设备故障时，通过应急系统，人工切换，立即恢复该起重机的大小车运行功能。2）当前后钩出现电气设备故障时，通过所设计的单动控制技术，立即恢复前后钩的起升功能。3）在正常运行情况下，应急系统及单动控制技术与原工作系统不发生冲突，能将各机构的电气故障隔离，整套电气控制系统安全可靠运行，并可以快速切换。
3、大小车应急系统
3.1 设计原理
大小车机构采用定子调压调速装置调速及正反转接触器换相控制技术，依其技术相似特点，设计一套应急系统供大小车3个机构共享使用，见图1。
3.2 主回路控制设计
选用 1 台平移型可控硅内部换相的定子调压调速装置 A1，其输出端并联 3 个刀开关，分别至大车和主副小车的电机定子线。通过闭合总开关和相应的刀开关，选择应急系统所要切换至所要代替机构的运行，并将原机构的控制电源及主回路电源切断，实现对电气故障的有效隔离。
3.3 换相控制技术设计
应急系统采用QY2-260Y/T5内部可控硅换相定子调压调速装置，相比原控制系统，可避免外部接触器故障，降低该应急系统的故障率。该装置容量按大车电机计算，即能满足大车又能满足小车机构使用。
3.4 应急系统控制设计
应急系统的运行由PLC控制，当应急系统切换至某机构运行时，PLC程序将某机构主令信号转换成对应急系统的控制，并通过PLC封锁对某机构的控制输出及切断控制回路电源，以确保对所代替机构系统的有效隔离。PLC系统是稳定可靠的，但是由于铸造起重机高温、粉尘、震动、滑线电压波动大等特殊使用工况，PLC系统出现异常的可能性是存在的，特别是通讯等偶尔出现异常，现场操作维护人员难以在短时间进行排查处理，容易影响生产甚至造成事故，因此在此次改造中设置了应急操作盒以及相应的控制电路，满足在PLC系统出现异常情况下的起重机操作运行要求。应急操作部件—应急按钮盒的连接简便：通过专门设计的航空插头可简便快速连接，控制方式的切换方便，为确保系统的安全，仅将PLC系统的电源断路器断开即可进行应急操作。鉴于应急操作的原因—PLC出现异常，因此应急操作对各机构仅通过I/O端子控制，同时应急操作设计具备相应的安全保护，满足起重机安全操作。应急按钮盒以及连接航空插头。应急操作便于快速开动起重机，降低甚至杜绝次生事故危害，对相应场合铸造起重机具备推广价值。应急系统设计了3路抱闸控制，分别控制大车、主副小车机构的抱闸系统；应急系统分别对各机构设计了过流保护，并将过流信号输入PLC中。
3.5 PLC 控制程序设计
在PLC原程序基础上，增加各机构与应急系统之间切换的控制程序，主要实现各机构主令与应急系统的转换控制和过流保护等。并且应急系统与原机构控制程序联锁，主令控制器在应急系统和所被代替机构中只控制其中1套系统。
4、起升应急技术
4.1 设计原理
前后钩分别由2台变频器（西门子6SE7035）单独控制2台起升电机，采用主从控制方式，以及前后钩主从变频器分别由PLC程序联动控制。当前后钩的某个变频器或电机出现故障时，采取将发生故障的变频器或电机隔离停用，采用另外1台电机运行，使起升机构继续运行。
4.2 单动技术方案
1）从动变频器单动控制技术将从动变频器的参数P587=1改为0，并把主动变频器电源切断及短接其输入PLC相关的信号。此时主动变频器已经停用，从动变频器变成主动单动运行。2）主动变频器单动控制技术将从动变频器电源切断及短接其输入PLC相关的信号。此时从动变频器已经停用，主动变频器单动运行。
结语：
上述新技术、新方法在铸造起重机的电气系统的设计、改造使用中具有明显的现场使用意义，解决了以往铸影响造起重机使用中的很多典型问题，在冶金企业铸造起重机的实际应用中具备很好推广价值。总而言之，对电气应急运行技术的进一步开发与研究，能够使起重机在出现问题后迅速切换到应急体系，将正在进行的工作顺利完成，避免因该起重机故障而影响工作效率与质量。起重机电气应急系统技术，在生产节奏快、生产组织复杂的钢铁企业或其他企业的桥式起重机上有很好的应用效果，可大幅提升起重机的可开动率，避免因起重机故障而对企业生产造成损失。
参考文献：
[1]赖家柱，张涛. 起重机电气应急运行技术开发与应用[J]. 起重运输机械，2015，12：46-48.
[2]鞠俊. 大型造船龙门起重机电气控制系统设计[D].大连理工大学，2014.
[3]贾延龙. 铸造起重机整车电气系统设计[J]. 硅谷，2014，09：18-20.
[4]尹浩. 港口门式起重机安全监控管理系统研究[D].武汉纺织大学，2015.
