抓斗桥式起重机的数字化改造.docx

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1、抓斗桥式起重机的数字化改造1 引言 抓斗桥式起重机是货运港口、码头、发电厂、工矿企业消费经过中不可缺少的工程机械，常用来装、卸煤、灰、矸石等散料类货物。桥式起重机的抓斗升降、开闭、大车、小车运行的原传动控制均为继电器、接触器控制，抓斗操纵方式为双手柄联动台操纵。为了保证机械运行的平稳，系统采用转子串电阻起动方式，由于绕线式电动机是通过接触器来切换电动机转子上串接的电阻，切换特别频繁。其故障率居高不下。另外由于抓料全过由全部由人工操纵，用于抓斗提升和开闭钢丝绳的受力很难到达平衡控制，易出现钢丝绳断裂、电机受损等现象。上述问题既增加了维修量也给消费带来了一定程度的损失。 2 传统控制方式存在的问题

2、2.1 问题提出 抓斗通过钢丝绳与电机联接，主吊与开闭电机之间没有固定的联络，没有适宜的检测开关，在抓斗抓取物料的全经过中的每个阶段，要求两个电机的出力状况都是不同的，需要不断地改变电机的控制方式和出力情况，但传统的串电阻控制方式无法知足这种力矩控制的要求，因此抓斗主吊与开闭两电动机的协调完全依靠司机的纯熟程度以及操纵程度。所以司机的劳动强度大，留意力需高度集中，轻易疲惫，十分是夜间作业，更是如此。 随着计算机控制技术、沟通调速技术和电力电子技术的开展，在保证设备平安使用、可靠运行的前提下，实际消费中用户普遍要求进步桥式起重吊车的作业效率、自动化程度、节能效果和减少维修量。在变频技术蓬勃开展的

3、今天，变频传动取代了以往的串电阻、自激调速等传动方式，实现了平稳运行和软启动、低故障高效率驱动。 可编程控制器也被广泛地使用到抓斗吊车的控制系统之中，无论是采用传统的串电阻传动方式还是采用变频器传动方式，都需要仔细研究抓斗闭合的每个经过对电机出力的要求。目前国内局部抓斗起重机采用了plc和变频器，但没有解决以上所述的核心问题，所以仍然无法解决原系统存在的问题，而且由于制动器控制不公道，造成变频器频繁烧毁等问题。 2.2 问题分析 1 抓斗传动系统由闭合机构、提升机构两局部组成，两套系统的提升才能分别按照抓斗起重量的60%设计，在匀速提升经过中，各承当50%的功率，工作经过中，假如抓斗闭合不严即

4、进入提升阶段会造成物料遗漏，假如提升过晚又会造成闭合系统独立承当大于50%的提升量的功率，久而久之，会造成闭合机构的电机、钢丝绳等的寿命减短，同样的：在调整两电机的经过中，假如提升电机提早动作，又会造成提升电机的驱动系统的过载。 2 抓斗抓取物料时，斗体置于物料外表，假如提升电机钢丝绳保持过度松弛状态，会造成钢丝绳脱离槽位、缠绕，反之假如提升电机钢丝绳保持拉紧不动状态，抓斗闭合时，抓取的物料又太少，此时需司机在抓取经过中使用点动方式不断调整抓斗位置才能保证满斗抓料，此经过要求司机具有较高的操纵经历，而且劳动强度大，很难保证每次都能到达要求。 3 当使用变频控制电机时，简单地按照手柄指令延时控制

5、制动器翻开和关闭时间，不仅程序烦琐，而且非常不公道，轻易造成溜钩和高力矩时抱死，造成电机、变频器过载，抓取经过也难以顺利进展。在制动器公道的情况下，上述第二项的矛盾仍难以解决。 4 当变频器设置为v/f控制时，难以知足低速时的良好转矩，当变频器设置为失量控制形式时，电机的机械特性很硬，此时，难以保证两台变频器控制下的电机将到达力矩平衡。 5 在抓斗控制经过中，要求变频器在每个阶段需要不同的出力，单独依靠变频器无法知足抓斗的工作需要。 综上所述，传统的控制方式不单是传动局部存在缺陷，控制系统也存在控制逻辑不公道的因素。 3 改造目的和方法 抓斗控制系统改造就是要解决以上所述的弊端，用变频器解决传

6、动系统的要求，用可编程序控制器plc和旋转编码器配合到达逻辑控制的要求。用软件来模拟有经历的操纵人员的操纵方法，与变频器配合完成抓取的全经过。 3.1 方案设计 采用欧姆龙公司的cj1m系列plc作为控制核心，用e6c2型旋转编码器检测两个电机的旋转角度，安装在两个电机轴上或者卷筒轴上，选用两台3g3rv-zv1系列变频器驱动电机。 首先3g3rv-zv1型变频用具有开环矢量控制功能，开环矢量控制方式下，调速范围可达：1100，速度控制精度到达0.2%，具有低速高转矩和力矩限制功能，完全知足抓斗吊对电机出力的要求。 两台变频器均以开环失量形式工作，频率指令来自于plc的开关量输出的多段速指令，

7、附图所示出抓斗控制方案。 align=centerimg=397,268 :/ ca800 /uploadfile/maga/plc2020-8/gzn-1.jpg/img附图 抓斗控制方案示意图/align3.2 主控系统 cj1m-cpu22型plc的cpu内置10点输入，6点输出。其中输入包含4个中断输入或者2个高速计数器输入单相输入：100khz或者相位差输入：50khz，输出包含2个脉冲输出100khz控制输出，内置位控功能。cj1m具有的功能块功能 ，在程序编制经过中，可以减少一样功能程序的重复劳动。 在本方案中，两个旋转编码器接入到cpu的两个高速计数器输入口，由plc硬件对两个

8、旋转编码器的脉冲信号进展记数，并计算两轴的差值，以此判定抓斗的闭合状态。 从小车到控制柜导线间隔 较远，e6c2型编码器必须采用线性驱动输出型，以保证长间隔 无损失地传送脉冲信号。 主令控制器采用单手柄十字形手柄，根据行业内的操纵习惯，确定手柄的操纵位置分别代表：两电机同步上升、两电机同步下降、提升时开斗、提升时闭斗、下降时开斗、下降时闭斗，静止开斗、静止闭斗，程序亦据此编制，plc根据手柄的指令分配两台变频器驱动电机按预定的出力情况配合工作。 3.3 技术关键 1 在抓取物料的情况下，斗体接近物料时手柄打向闭斗时下降，此时，plc控制闭斗电机正常闭合，升降电机以小力矩拉紧钢丝绳，保证不会出现

9、丝绳脱出滑轮和卷筒槽位，造成卷绕，又能保证抓取时，斗体能随其自重沉入物料中，到达满斗取料的目的，这就是通常所讲的沉抓功能。 2 当斗体逐渐接近闭合时，升降电机的力矩开场增大，在完全闭合后，升降电机以全力矩运行，与闭合电机同步运行，此时程序不理睬手柄的抓取物料位置，自动转入同步上升状态。降低了对司机的操纵程度的要求。 3 由于沉抓功能的采用，也带来了新的问题，那就是当斗体接近地面时，斗体会抓刮地面，尤其是有些地面铺设了水泥或者耐火砖，假如抓坏地面，不仅在物料中混入了不必要杂物，也会造成场地损坏，此时就需采取下限位的功能，当plc检测到斗体到达下限位时，不再使用沉抓功能，而是模拟有经历的司机的人工

10、操纵方法，自动分段完成抓取经过，既保证抓净物料，又保证不抓坏地面。 4 以上工作经过中，plc根据旋转编码器检测的信号，自动分配变频器的工作频率和出力状态以及制动器的工作，使两电机快速地协调工作，全经过各阶段间平滑过度，不会出现人工操纵时明显的停顿和反复现象，而且两电机、两副钢丝绳出力均匀平衡。 5 充分利用变频器对电机的及自身完善的保护功能，如过热、过载、过流、过压、缺相、接地等，进而防止设备在不正常状态下长时间运行，保护设备不被损坏。故障信息可以准确地指示故障点，极大地方便了维护人员排除故障。 6 程序编制中可利用功能块编写各阶段操纵的功能块程序，在主程序中，根据手柄和检测到的状态信号调用不同的功能块程序，使程序变得简单易读，大大地进步了编程效率，也方便了现场的调试。另外程序中需考虑更换钢丝绳时，按传统控制方式工作的功能。 4 完毕语 此方案解决了抓斗控制中存在疑难问题，降低了设备的故障率，降低了操纵人员的工作强度，进步了抓斗起重机的工作效率，理论证实实在可行。 0