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船厂D3560K7门座式起重机电气系统的设计

2015年02月02日 16:10:20 供稿:赵仕兵 胡胜方 龚平 覃建青

摘要:本文主要介绍了船厂D3560K7门座式起重机电气系统的设计,详细介绍了本电气系统的传动部分和控制部分的设计流程,经现场安装调试后,该系统运行稳定,起制动平稳,受到业内好评。

1前言

由我单位自主研发设计的D3560K7门座式起重机安装在新加坡船厂内,该起重机主要用在港口和码头装卸货物,也可用于船厂吊装金属结构件,或者用于这些场所的设备安装工程及组装场地的吊运工作。本机电气系统采用目前国际上先进的“HMI+PLC+手机验证领28彩金”控制方案,整机具有以下优点:

⑴扬程高,变幅范围大。如图1所示,本机的工作幅度为22~60m,最大幅度时起升高度达72m(轨上37m,轨下35m)。最小幅度时起升高度达75m(其中轨上70m,轨下5m)。

⑵起升机构、变幅机构、回转机构和大车机构均采用变频调速系统,调速性能好,运行平稳。该手机验证领28彩金具有多种故障自诊

图1起重特性图

断及显示报警功能,包括瞬时过电流保护、瞬时断电失压保护、接地保护、冷却风机异常、超频(超速)保护、接触器粘结、缺相等。

⑶采用司机室联动台操作,并设有力矩限制器,该限制器能实时显示起重量吨位及幅度位置,便于司机操作。

⑷可视化程度高,该电气系统采用了目前先进的触摸屏监控技术和起重机动画模拟显示技术,使整机具有良好的人机对话界面和高品质的信息处理功能。

⑸采用PLC作为电气系统的控制核心,通过PLC输入模块来采集各种信号,运用PLC内部的虚拟触点来实现整机的时序逻辑控制。

⑹完善的安全保护。本机除了具有常规电控系统所必需的短路、过流、欠流、欠压等保护外,还具有力矩保护、荷重保护,高度保护和超速保护,增减幅限位保护,防吊钩冲顶保护,以及由风速仪和防风铁楔组成的防风保护装置。

2电气传动系统的设计

本机的电气传动系统主要包括供电系统、起升系统、变幅系统、回转系统、大车运行系统、安全保护系统。

2.1供电系统

电源回路原理图如图2所示,电源由机上平台柴油发电机组供电或由外电源为AC415V,50HZ引入经电缆卷筒-E1~-E5,至筒身下部的电源切换箱内,再经中心导电装置,引到机房内的低压配电柜,经隔离刀开关Q100、断路器QF100、总接触器KM1送到各控制柜。柜内设有隔离刀开关和断路器,刀开关能切断门机的所有低压设备电源,为安全检修提供了一个明显的断开点;断路器作短路保护,一般情况下不动作;通常只用总接触器来通、断总电源。断路器附有分励脱扣线圈,由司机室联动台上的急停按钮或电源控制柜上的急停按钮来控制,只有在总接触器因某种原因无法正常切断电源回路的紧急情况下,才偶然使用一下分励脱扣装置,起到紧急停车的作用。

低压配电柜门上有电流表、电压表及切换开关可测量三相电流、电压。

图2电源回路原理图

2.2起升系统

起升机构载荷为典型的位能负载,由一台YZPFM315M2-8-TH,110KW变

频电机驱动,采用日本安川CIMR-HB4A0304手机验证领28彩金传动,闭环控制。起升机构

图3起升机构原理图

原理图如图3所示

⑴速度要求:轻载:载荷≤10t时,速度为1.25~25m/min;

重载:载荷>10t时,速度为1.25~12.5m/min。

⑵速度给定:由力矩限制器的输出点的状态来判断轻重载,并由联动台主令开关的挡位来决定速度。正反各五挡:轻载时分别为10%、50%、100%、150%、200%额定速度,其中前三挡为恒转矩调速,第四、五挡为恒功率调速;重载时分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度,为恒转矩调速。系统采用主令挡位开关量输入,经软件处理后,再由PLC模拟量输入输出模块输出电压信号(最大DC10V)给手机验证领28彩金。速度档可在PLC内任意设定,以满足使用要求。

⑶运行与制动:起升机构有两套制动器,其中一套为工作制动器,一套为安全制动器。为确保起升机构的平稳制动,制动时工作制动器先行制动,隔1~2秒后安全制动器再制动。

2.3变幅系统

变幅机构载荷也为典型的位能负载,由一台YZPFM315S-8-TH,75KW变频电机驱动,采用日本安川CIMR-HB4A0260手机验证领28彩金传动,闭环控制,变幅机构原理图如图4所示。

图4变幅机构原理图

⑴速度要求:正常工况(最小幅度至最大幅度的区间)的速度:1.4~14m/min。特殊工况(最大幅度至臂架顶部放置地面)的速度:10%额定速度。

⑵速度给定:首先由联动台上的转换开关来选择“正常/特殊”工况,再由力矩限制器的输出点的状态来判断是否带载,最后由联动台主令开关的挡位来控制速度。正常工况下正反各五挡,分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度,带载增幅时二至五挡速度减半;减速限位动作后只能低速运行。系统采用主令挡位开关量输入,经软件处理后,再由PLC模拟量输入输出模块输出电压信号(最大DC10V)给手机验证领28彩金。速度挡可在PLC内任意设定,以满足调速要求。

⑶运行与制动:变幅机构有两套制动器,其中一套为工作制动器,一套为安全制动器。为确保变幅机构的平稳制动,制动时工作制动器先行制动,隔1~2秒后安全制动器再制动。

2.4回转系统

回转机构载荷为典型的位移负载,由两台YZPF225S2-8-TH,22KW变频电机驱动,采用日本安川CIMRHB4A0180手机验证领28彩金传动,开环控制。调速范围为1:10,控制精度为0.5%,回转机构原理图如图5所示。

图5回转机构原理图

⑴速度要求:回转速度:0.03~0.3r/min。回转角度:全回转。

⑵速度给定:由联动台主令开关挡位来决定速度。正反各五挡,分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度。系统采用主令挡位开关量输入PLC,经软件处理后,再由PLC开关量输出给手机验证领28彩金,再根据变频调速器的内部设定,输出相应的速度,其速度挡可在手机验证领28彩金内部任意设定。

⑶运行与制动:本机构抱闸采用常开方式,当联动台上制动按钮或脚踏开关动作时,制动器得电抱闸,否则制动器失电松开。

各电机均设有热过载保护。

2.5大车运行系统

大车运行机构载荷为典型的位移负载,由12台YZPFE112M2-4-TH3KW变频电机驱动,采用日本安川CIMRHB4A0112手机验证领28彩金传动,开环控制。调速范围为1:10,控制精度为0.5%,大车机构原理图如图6所示。

图6大车机构原理图

⑴速度要求:行走速度:1.6~16m/min;

⑵调速方式:由联动台主令开关挡位来决定速度。正反各五挡,分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度。系统采用主令挡位开关量输入PLC,再由PLC开关量输出给手机验证领28彩金,再根据变频调速器的内部设定,输出相应的速度,其速度挡可在手机验证领28彩金内部任意设定。

⑶运行与制动:本机构设有4个电动防风铁楔和1个风速仪,当防风铁楔退回且风速不超过20米/秒时,大车机构才可以正常启动。

各电机均设有热过载保护。

2.6安全保护系统

⑴本门机设有综合力矩保护装置(仪表电源AC220V),主要起超载和超幅保护。起重量发送装置装于臂架头部,幅度发送装置安装在臂架根部。当实际起重量为额定起重量的90%时预报警,当达到105%时切断起升电源,限制起升并报警,能限制工作时的倾覆力矩不至超出起重特性曲线的允许值,最大幅度和最小幅度前都设有减速限位,同时在起升机构卷筒轴上还设有一套机械高度限位装置,它与综合力矩保护装置共同作用,起到了双重保护的目的。另外本机还装有LED显示屏,用来显示吊钩的载荷。

⑵变幅机构在卷筒轴上也设有一套机械幅度限位装置,它与综合力矩保护装置共同作用,起到了双重保护的目的。另外在臂架与人字架防后倾支撑架间装有防后倾限位。

⑶门机人字架顶部设有风速仪传感器,当风速超过20米/秒,自动报警,并禁止大车运行,同时使电动防风铁楔自动插入轨道,以防止大风将起重机吹走。

⑷运行机构设有终点限位开关,限制起重机行走范围,以防发生出轨事故。

⑸本机设有电铃,在各机构工作前,均鸣响电铃。

⑹本机设有声光警示器,在大车机构工作时,均鸣响警示器。

⑺本机设有电动防风铁楔,停机时可楔住轨道。防风铁楔上设有限位开关,保证防风铁楔未开启时大车运行机构不能运行。

⑻本机的机台尾部还设有两个防撞报警的超声波开关。

⑼本机设有两个锚定装置,在停机时需手动锚定,以防事故发生。

3电气系统控制部分的设计

3.1电气系统控制部分的硬件设计

西门子S7-200系列PLC出色表现在以下几个方面:极高的可靠性;极丰富的指令集;易于掌握;便捷的操作;丰富的内置集成功能;实时特性;强劲的通讯能力,以及丰富的扩展模块。

基于S7-200PLC的以上优点,本机采用S7-200PLC作为控制核心。整个PLC控制系统由一块CPU226、三块数字量输入输出模块EM223、一块数字量输入模块EM221以及三块模拟量输入输出模块EM235组成。其中CPU226为中央处理器,处理由外部输入的各种信息。数字量输入输出模块用来接收外部各种故障信号、各机构的运行状态信号、联动台的输入信号以及输出各机构的控制命令,以完成各运行机构的启动、运行,制动。而模拟量模块EM235主要接收各机构的速度和电流信号,这些信号由PLC模块处理后经过MPI网传输至司机室触摸屏,以便司机及时的了解本机的整个工作况。

3.2电气控制部分的软件设计

由于本门机采用西门子S7-200作为控制系统的核心,编程采用Step7Microwin4.0软件,编程时,根据程序控制流程对电源、起升、变幅、回转和行走各机构分别进行编程,具体的程序控制流程如图7所示.通过Winccflexible2008软件对触摸屏MP277进行编程,以便对本机所有机构的运行状态及故障信息实时监控与处理。

图7程序控制流程图

4结束语

经过长时间的研发、调试,我单位自主设计的电气系统已成功运用在新加坡船厂D3560K7门座式起重机上,如图8所示。经现场测试:整机运行平稳,起动、制动冲击小。受到业主的一致好评。

图8整机图

水利部杭州机械设计研究所起重机械运输事业部

姓名:赵仕兵

本文链接:tech/detail.aspx?id=27130

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