1電氣系統(tǒng)原理
2 2 000 kN單向橋機電氣控制分為供電系統(tǒng)部分、起升控制部分、大車行走控制部分、PLC集中控制部分、液壓自動抓梁控制部分、夾軌器控制部分、集中潤滑控制部分和照明控制部分等。
?。?1）供電系統(tǒng)。三相四線交流電源經(jīng)過滑觸線E1引入到KP2電源柜的隔離開關上，通過自動空氣開關及主電源接觸器后，分配到各功能單元。隔離開關的通斷狀態(tài)直觀，使檢修維護工作在安全的環(huán)境中進行?？倲嗦菲骶哂羞^負荷、短路、分勵脫扣保護等功能。當前一級保護沒有動作時，總斷路器及時發(fā)出保護動作。如果出現(xiàn)意外情況，聯(lián)動臺裝有1只緊急停止按鈕，按下此按鈕，接通總斷路器的分勵脫扣線圈切斷總電源，使設備在多種安全措施的保護下正常運行。
?。?2）起升控制系統(tǒng)。采用了先進的變頻調速控制技術，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元和制動電阻等組成。與常規(guī)的起重控制相比較，變頻調速控制技術增大了啟動轉矩，降低了啟動電流，調速范圍更寬，系統(tǒng)特性更硬，運行更加穩(wěn)定，尤其適用于起吊重物慣性大、對位置要求精度高的場合。變頻器閉環(huán)矢量調速控制系統(tǒng)的應用可以提高速度的控制精度，在要求慢速控制的條件下，仍然具有很大的啟動轉矩。采用帶PG卡的零伺服控制系統(tǒng)，即使電機速度為零狀態(tài)下也能產(chǎn)生150%以上的啟動轉矩，打開抱閘，也不會發(fā)生重物的溜鉤現(xiàn)象，確保起吊重物的安全。速度控制設計為多段速控制，主令控制器的控制采用上升和下降各3個檔位的對稱控制電路，每一種檔位的速度參數(shù)在調試時已經(jīng)按照要求輸入到變頻器中，使用中只要將主令控制器打到不同的檔位，便可以得到不同的控制速度。
起升的2臺電動機分別使用2臺變頻器控制， 2臺電動機上分別裝有1只脈沖編碼器，組成2套獨立的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，變頻器與PLC之間采用Profibus- DP總線通訊。每臺電機由1臺變頻器控制，為保證2臺電機實現(xiàn)電氣同步，變頻器采用編碼器反饋的閉環(huán)控制方式，調速比高，保證主起升機構電機轉速一致。減速機低速軸上各安裝一個進口絕對值型脈沖編碼器，作為起升機構高度測量和同步運行的反饋，其輸出數(shù)據(jù)信號送入PLC的位置模塊，由PLC進行數(shù)據(jù)處理，求出同步偏差值，根據(jù)預先設定的差值大小、正負，輸出控制信號，控制變頻器U 2進行同步糾偏，使閘門的2吊點始終處于同步狀態(tài)。其高度值及其差值在控制柜的觸摸屏上顯示。SP- 2水平度測量儀起到調節(jié)抓梁水平的作用。當起升機構采用剛性連接時， PLC內(nèi)部電氣同步功能不能使用。起升機構還裝有進口荷重傳感器，傳感器檢測到的荷重通過變送器分別以4 20 mA模擬量的形式送到PLC模擬量輸入口，通過PLC處理后其2吊點質量在觸摸屏上顯示，對啟閉機起到安全保護的作用。若起升載荷達到額定起升載荷的110%時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號并自動切斷電動機的電源，制動器上閘，對閘門和啟閉機起到安全保護的作用。
變頻器接到上升及下降指令后，首先進行零轉速控制，使電機產(chǎn)生零速力矩。這時，放開制動器抱閘，變頻器鎖定電機轉子，使重物不會產(chǎn)生滑溜現(xiàn)象。正常停車時，通過電氣制動，電機速度平穩(wěn)降至接近零速后，再進行制動器抱閘。在起升機構的減速機低速軸上安裝一套位置限位開關（和高度絕對值編碼器一體），用于上升及下降的行程保護，其高度值在觸摸屏上顯示。該機設有充水開關，如果需要充水，在觸摸屏上將其預置到20 cm位置上，起升到該位置時自動停機開始充水，充水完畢后，繼續(xù)起升。起升設有工作制動器和安全制動器。電路具有多重保護功能，如上下限位、短路、過載、過負荷等。
使整個控制系統(tǒng)始終處于安全的狀態(tài)下運行。
（ 3）大車控制系統(tǒng)。采用了先進的變頻調速控制技術，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元和制動電阻等組成。速度控制設計為多段速控制，主令控制器的控制采用向左和向右各3個檔位的對稱控制電路，每一種檔位的速度參數(shù)在設備的調試階段已經(jīng)按照要求輸入到變頻器中，使用中，只要將主令控制器打到不同的檔位，便可以得到不同的運行速度。
大車的電動機使用1臺變頻器控制，變頻器與PLC之間采用Profibus- DP總線通訊。大車在行進到接近左右極限位置時，減速接近開關首先動作，其接點送入PLC，通過PLC限制大車的最高運行速度為一低速值，當大車碰到左右極限開關時，確保立即停止。電路具有多重保護功能，如左右限位、短路、過載、接地等，整個控制系統(tǒng)始終在安全的狀態(tài)下運行。
?。?4） PLC集中控制部分。橋機的各種操作控制集中在司機室內(nèi)，由聯(lián)動臺、PLC、觸摸屏和儀表等組成。該機選S7- 300系列可編程序控制器控制，并在聯(lián)動臺上設有觸摸屏。PLC、變頻器、觸摸屏完成整個橋機的運行狀態(tài)的監(jiān)視控制及聯(lián)鎖。PLC是啟閉機控制系統(tǒng)的核心， PLC與變頻器及其他電器之間以硬線聯(lián)結，完成整個橋機的控制與聯(lián)鎖。
?。?5）大車行走裝有夾軌器裝置。當總電源開啟時夾軌器自動松開；當停車時，夾軌器工作，自動夾緊大車軌道，并發(fā)出信號。
?。?6）集中潤滑控制部分。該橋機留有集中潤滑的電氣接口。
?。?7）橋機機房和司機室都配有足夠的照明，并配有可攜式安全照明設備，配備的投光燈可以滿足作業(yè)面的照明。各種照明設備都具有防振功能。
2液壓自動抓梁的原理與水平調節(jié)
系統(tǒng)準確地檢測抓梁下降就位和移軸裝置穿脫銷的全行程工作狀況，司機室內(nèi)裝有觸摸屏，在觸摸屏上可以顯示抓梁的就位和穿脫銷的行程。液壓抓梁上設有左右吊點對位傳感器2個，左右吊點穿銷傳感器2個，通過傳感器內(nèi)部集成的單片機處理系統(tǒng)（含信號調理模塊，與傳感器成一體化）對現(xiàn)場信號進行采集、處理，然后，直接輸出標準的RS485通訊信號供PLC采集處理并在觸摸屏上顯示。在液壓自動抓梁內(nèi)還裝有SP- 2水平度測量儀，水平度測量儀以伺服式傾角傳感器為測量元件，具有較高的靈敏度和測量分辨率，測量頭內(nèi)部裝有伺服式傾角傳感器及預處理電路，采用DC24V供電，水平測量頭輸出的電壓信號經(jīng)A /D轉換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)濾波后進行顯示，數(shù)據(jù)處理顯示儀根據(jù)預先設定的左右調整值，結合當前的實際測量值進行判斷，分別輸出相應的3路開關接點，通過電纜送到PLC進行處理后控制變頻器，進行2吊點同步調節(jié)。是液壓自動抓梁的電氣原理框圖。
3起升機構
3. 1起升機構技術參數(shù)
額定啟門力2 2 000 kN總起升高度98m起升速度2. 5 /5m /m in吊點距6. 3m工作級別2吊點采用電氣同步。
電動機的靜功率Pj= Qjv /（ 6 120 0） ，式中：0機械傳動總效率，0 = 0. 818；Q j額定啟門力， Q j = 2 000 kN；v起升速度， v = 2. 5m /m in.
根據(jù)電動機靜功率的計算結果，選ABB變頻電機，型號為QABP315L - 8B， P j= 110 kW， n = 741 r/m in， JC= 40%.
3. 2起升機構變頻器、制動單元、電阻計算與選型（ 1）變頻器的計算與選型。由于橋機的起升電機有2臺，所以采用一拖一的方案，各由1臺變頻器拖動1臺電機。起升電機的型號是： QABP315L - 8B， P = 110kW， I N = 215A.變頻器的輸出電流I v應滿足以下條件I v > I m ax = KI N，式中：I N電動機額定電流， A；I max電動機最大工作電流；K裕度修正系數(shù)，起升一般取1. 1.
I v > I m ax = KI N = 1. 1 215 = 236. 5A.
6SE7032- 6EG60Z變頻器的額定電流I= 260A > 236. 5A.
根據(jù)電機的額定電流的計算結果，變頻器的選型如下：
110 kW起升變頻電機各選用1臺西門子66SE7032- 6EG60Z的變頻器， P = 132 kW.
?。?2）制動單元及制動電阻的計算。當電源電壓為380V時， U D = 510 650V.R B的大小應使制動電流I B的值不超過變頻器額定電流的一半為宜。
因為IB= UD /RB IN /2 ，R B 2U D /I N = 2 600 /237 = 5 ，P B U D 2 /R B = 0. 9 6 00 2 /5 = 64. 8 kW ，式中：U D變頻器的直流電壓；R B變頻器的外接制動電阻值；P B制動電阻功率；B選用系數(shù)。
按常規(guī)，B一般選用0. 3 0. 6，由于橋機是起升工況，運行時間長達98 /2. 5= 39. 2m in，橋機在下降過程中，相應的放電時間增長，所以，B選用0. 9.
即制動電阻選用18個5 kW 90的電阻并聯(lián)使用。換算后電阻5 ，功率90 kW.I CM 2U D / R B = 2 600V /5 = 240A（其中ICM表示流過制動單元的最大電流）。
考慮到橋機在下降過程中放電時間長，每臺變頻器選用2個IPC- DR- 4H的制動單元。
經(jīng)過以上選型，制動單元及制動電阻的容量比原裝的大一倍，而價格不到原裝的一半。
4結論
該橋機的電氣自動化程度高，采用變頻器控制電動機可以精確可靠地控制閘門運行，由絕對值編碼器和水平傳感器的檢測控制，可以確保液壓自動抓梁的水平及可靠運行，所以，橋機的運行是安全、穩(wěn)定、可靠的。
2 2 000 kN單向橋機電氣控制分為供電系統(tǒng)部分、起升控制部分、大車行走控制部分、PLC集中控制部分、液壓自動抓梁控制部分、夾軌器控制部分、集中潤滑控制部分和照明控制部分等。
?。?1）供電系統(tǒng)。三相四線交流電源經(jīng)過滑觸線E1引入到KP2電源柜的隔離開關上，通過自動空氣開關及主電源接觸器后，分配到各功能單元。隔離開關的通斷狀態(tài)直觀，使檢修維護工作在安全的環(huán)境中進行?？倲嗦菲骶哂羞^負荷、短路、分勵脫扣保護等功能。當前一級保護沒有動作時，總斷路器及時發(fā)出保護動作。如果出現(xiàn)意外情況，聯(lián)動臺裝有1只緊急停止按鈕，按下此按鈕，接通總斷路器的分勵脫扣線圈切斷總電源，使設備在多種安全措施的保護下正常運行。
?。?2）起升控制系統(tǒng)。采用了先進的變頻調速控制技術，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元和制動電阻等組成。與常規(guī)的起重控制相比較，變頻調速控制技術增大了啟動轉矩，降低了啟動電流，調速范圍更寬，系統(tǒng)特性更硬，運行更加穩(wěn)定，尤其適用于起吊重物慣性大、對位置要求精度高的場合。變頻器閉環(huán)矢量調速控制系統(tǒng)的應用可以提高速度的控制精度，在要求慢速控制的條件下，仍然具有很大的啟動轉矩。采用帶PG卡的零伺服控制系統(tǒng)，即使電機速度為零狀態(tài)下也能產(chǎn)生150%以上的啟動轉矩，打開抱閘，也不會發(fā)生重物的溜鉤現(xiàn)象，確保起吊重物的安全。速度控制設計為多段速控制，主令控制器的控制采用上升和下降各3個檔位的對稱控制電路，每一種檔位的速度參數(shù)在調試時已經(jīng)按照要求輸入到變頻器中，使用中只要將主令控制器打到不同的檔位，便可以得到不同的控制速度。
起升的2臺電動機分別使用2臺變頻器控制， 2臺電動機上分別裝有1只脈沖編碼器，組成2套獨立的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，變頻器與PLC之間采用Profibus- DP總線通訊。每臺電機由1臺變頻器控制，為保證2臺電機實現(xiàn)電氣同步，變頻器采用編碼器反饋的閉環(huán)控制方式，調速比高，保證主起升機構電機轉速一致。減速機低速軸上各安裝一個進口絕對值型脈沖編碼器，作為起升機構高度測量和同步運行的反饋，其輸出數(shù)據(jù)信號送入PLC的位置模塊，由PLC進行數(shù)據(jù)處理，求出同步偏差值，根據(jù)預先設定的差值大小、正負，輸出控制信號，控制變頻器U 2進行同步糾偏，使閘門的2吊點始終處于同步狀態(tài)。其高度值及其差值在控制柜的觸摸屏上顯示。SP- 2水平度測量儀起到調節(jié)抓梁水平的作用。當起升機構采用剛性連接時， PLC內(nèi)部電氣同步功能不能使用。起升機構還裝有進口荷重傳感器，傳感器檢測到的荷重通過變送器分別以4 20 mA模擬量的形式送到PLC模擬量輸入口，通過PLC處理后其2吊點質量在觸摸屏上顯示，對啟閉機起到安全保護的作用。若起升載荷達到額定起升載荷的110%時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號并自動切斷電動機的電源，制動器上閘，對閘門和啟閉機起到安全保護的作用。
變頻器接到上升及下降指令后，首先進行零轉速控制，使電機產(chǎn)生零速力矩。這時，放開制動器抱閘，變頻器鎖定電機轉子，使重物不會產(chǎn)生滑溜現(xiàn)象。正常停車時，通過電氣制動，電機速度平穩(wěn)降至接近零速后，再進行制動器抱閘。在起升機構的減速機低速軸上安裝一套位置限位開關（和高度絕對值編碼器一體），用于上升及下降的行程保護，其高度值在觸摸屏上顯示。該機設有充水開關，如果需要充水，在觸摸屏上將其預置到20 cm位置上，起升到該位置時自動停機開始充水，充水完畢后，繼續(xù)起升。起升設有工作制動器和安全制動器。電路具有多重保護功能，如上下限位、短路、過載、過負荷等。
使整個控制系統(tǒng)始終處于安全的狀態(tài)下運行。
（ 3）大車控制系統(tǒng)。采用了先進的變頻調速控制技術，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元和制動電阻等組成。速度控制設計為多段速控制，主令控制器的控制采用向左和向右各3個檔位的對稱控制電路，每一種檔位的速度參數(shù)在設備的調試階段已經(jīng)按照要求輸入到變頻器中，使用中，只要將主令控制器打到不同的檔位，便可以得到不同的運行速度。
大車的電動機使用1臺變頻器控制，變頻器與PLC之間采用Profibus- DP總線通訊。大車在行進到接近左右極限位置時，減速接近開關首先動作，其接點送入PLC，通過PLC限制大車的最高運行速度為一低速值，當大車碰到左右極限開關時，確保立即停止。電路具有多重保護功能，如左右限位、短路、過載、接地等，整個控制系統(tǒng)始終在安全的狀態(tài)下運行。
?。?4） PLC集中控制部分。橋機的各種操作控制集中在司機室內(nèi)，由聯(lián)動臺、PLC、觸摸屏和儀表等組成。該機選S7- 300系列可編程序控制器控制，并在聯(lián)動臺上設有觸摸屏。PLC、變頻器、觸摸屏完成整個橋機的運行狀態(tài)的監(jiān)視控制及聯(lián)鎖。PLC是啟閉機控制系統(tǒng)的核心， PLC與變頻器及其他電器之間以硬線聯(lián)結，完成整個橋機的控制與聯(lián)鎖。
?。?5）大車行走裝有夾軌器裝置。當總電源開啟時夾軌器自動松開；當停車時，夾軌器工作，自動夾緊大車軌道，并發(fā)出信號。
?。?6）集中潤滑控制部分。該橋機留有集中潤滑的電氣接口。
?。?7）橋機機房和司機室都配有足夠的照明，并配有可攜式安全照明設備，配備的投光燈可以滿足作業(yè)面的照明。各種照明設備都具有防振功能。
2液壓自動抓梁的原理與水平調節(jié)
系統(tǒng)準確地檢測抓梁下降就位和移軸裝置穿脫銷的全行程工作狀況，司機室內(nèi)裝有觸摸屏，在觸摸屏上可以顯示抓梁的就位和穿脫銷的行程。液壓抓梁上設有左右吊點對位傳感器2個，左右吊點穿銷傳感器2個，通過傳感器內(nèi)部集成的單片機處理系統(tǒng)（含信號調理模塊，與傳感器成一體化）對現(xiàn)場信號進行采集、處理，然后，直接輸出標準的RS485通訊信號供PLC采集處理并在觸摸屏上顯示。在液壓自動抓梁內(nèi)還裝有SP- 2水平度測量儀，水平度測量儀以伺服式傾角傳感器為測量元件，具有較高的靈敏度和測量分辨率，測量頭內(nèi)部裝有伺服式傾角傳感器及預處理電路，采用DC24V供電，水平測量頭輸出的電壓信號經(jīng)A /D轉換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)濾波后進行顯示，數(shù)據(jù)處理顯示儀根據(jù)預先設定的左右調整值，結合當前的實際測量值進行判斷，分別輸出相應的3路開關接點，通過電纜送到PLC進行處理后控制變頻器，進行2吊點同步調節(jié)。是液壓自動抓梁的電氣原理框圖。
3起升機構
3. 1起升機構技術參數(shù)
額定啟門力2 2 000 kN總起升高度98m起升速度2. 5 /5m /m in吊點距6. 3m工作級別2吊點采用電氣同步。
電動機的靜功率Pj= Qjv /（ 6 120 0） ，式中：0機械傳動總效率，0 = 0. 818；Q j額定啟門力， Q j = 2 000 kN；v起升速度， v = 2. 5m /m in.
根據(jù)電動機靜功率的計算結果，選ABB變頻電機，型號為QABP315L - 8B， P j= 110 kW， n = 741 r/m in， JC= 40%.
3. 2起升機構變頻器、制動單元、電阻計算與選型（ 1）變頻器的計算與選型。由于橋機的起升電機有2臺，所以采用一拖一的方案，各由1臺變頻器拖動1臺電機。起升電機的型號是： QABP315L - 8B， P = 110kW， I N = 215A.變頻器的輸出電流I v應滿足以下條件I v > I m ax = KI N，式中：I N電動機額定電流， A；I max電動機最大工作電流；K裕度修正系數(shù)，起升一般取1. 1.
I v > I m ax = KI N = 1. 1 215 = 236. 5A.
6SE7032- 6EG60Z變頻器的額定電流I= 260A > 236. 5A.
根據(jù)電機的額定電流的計算結果，變頻器的選型如下：
110 kW起升變頻電機各選用1臺西門子66SE7032- 6EG60Z的變頻器， P = 132 kW.
?。?2）制動單元及制動電阻的計算。當電源電壓為380V時， U D = 510 650V.R B的大小應使制動電流I B的值不超過變頻器額定電流的一半為宜。
因為IB= UD /RB IN /2 ，R B 2U D /I N = 2 600 /237 = 5 ，P B U D 2 /R B = 0. 9 6 00 2 /5 = 64. 8 kW ，式中：U D變頻器的直流電壓；R B變頻器的外接制動電阻值；P B制動電阻功率；B選用系數(shù)。
按常規(guī)，B一般選用0. 3 0. 6，由于橋機是起升工況，運行時間長達98 /2. 5= 39. 2m in，橋機在下降過程中，相應的放電時間增長，所以，B選用0. 9.
即制動電阻選用18個5 kW 90的電阻并聯(lián)使用。換算后電阻5 ，功率90 kW.I CM 2U D / R B = 2 600V /5 = 240A（其中ICM表示流過制動單元的最大電流）。
考慮到橋機在下降過程中放電時間長，每臺變頻器選用2個IPC- DR- 4H的制動單元。
經(jīng)過以上選型，制動單元及制動電阻的容量比原裝的大一倍，而價格不到原裝的一半。
4結論
該橋機的電氣自動化程度高，采用變頻器控制電動機可以精確可靠地控制閘門運行，由絕對值編碼器和水平傳感器的檢測控制，可以確保液壓自動抓梁的水平及可靠運行，所以，橋機的運行是安全、穩(wěn)定、可靠的。
