变频器与PLC在桥式抓斗控制中的应用.doc

1 引言广东省云浮发电厂5t桥式抓斗是由操作台、运行机构和桥架组成的。运行机构是由三个基本独立的拖动系统组成：大车拖动系统。拖动整台桥式抓斗顺着车间做“横向”运动（以操作者的坐向为准），大车的行走由2台11kw绕线电机牵引。小车拖动系统。拖动抓斗顺着桥架作“纵向”运动。小车的行走由1台3.7kw的绕线电机牵引。抓斗吊拖动系统。拖动抓斗作吊起、放下的上下运动及抓斗的放开、闭合运动。抓斗的升降绳和开闭绳各由1套卷扬机构操纵，卷扬机构的驱动电机为2台30kw绕线电机。抓斗的所有电机都采用转子串电阻的方法启动和调速。在抓斗的使用过程中存在以下问题：（1）由于采用转子串电阻的方法调速，机械振动大，行车不稳定，定位困难，抓斗摆动严重，容易造成机械设备的损坏。转速随负荷变化，调速效果差，所串电阻因长期发热而使电能消耗较大，效率较低。（2）抓斗的电机采用绕线电机，经常发生碳刷磨损严重、电机及转子绕线过热，造成维护量大。另外，操作员在抓斗定位时，经常打反车，使电机产生过载现象，影响电机的使用寿命。（3）由于抓取搬运工作的距离较近，电机处于频繁启动及变速状态，控制电机的时间继电器和交流接触器处于频繁动作状态，电气元件容易损坏。（4）在抓取原煤后提升时，难以保证升降绳与开闭绳均匀受力，严重影响钢丝绳的使用寿命。交流变频器调速已广泛应用到许多领域，而plc可以实现输入、输出信号的数字化，利用编程能实现多种功能，由二者配合构成的数字控制系统，可大大改善原有的控制系统的功能，也可以解决桥式抓斗故障率高的问题。 2 改造方案2.1 采用plc进行系统控制将抓斗外围电控设备输入信号接入plc的i/o模块，同时根据抓斗实际工况对plc进行合理编程。控制原理图如图1所示。 图1 桥式抓斗控制原理框图 （1）plc具有闭锁启动功能，司机在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位和桥抓的进出门的门限开关到位，才能接通主电源。操作主令开关上有状态指示灯，通过指示灯的闪烁频率来显示各种故障状态。（2）抓斗提升和开闭操作有钢丝绳高限位保护，大车、小车有行程开关保护，各个设备的保护动作只影响设备本身的动作。（3）所有的变频器的故障信号都接入plc，大车的两个变频器中有一个有故障信号，大车就不能动作。其它的变频器出现故障只影响设备本身的动作。（4）抓斗提升与下降、闭合和开启以及小车前行和后退、大车左行和右行有操作互锁。（5）大车、小车速度的档位切换，可实现平稳切换。（6）禁止司机利用打反车来对大车和小车进行定位。（7）实现提升绳和开闭绳的自动追速功能。2.2 电机的改造 用变频器调速替代原有的串电阻调速方式,电机可改为鼠笼电机,取消原有串电阻调速的外围电路的时间继电器与交流接触器。大车的两台电机用11kw的鼠笼电机，小车的电机用3.7kw鼠笼电机，开闭和升降电机都用30kw的鼠笼电机。2.3 变频器的应用变频器启动电机为软启动，同时大车的两台行走电机可通过变频器将两台电机传动做电气的联锁互动，可将其在电气控制上设计成主从控制,从而使大车运行振动减小，运行平稳，定位准确，在开闭和升降的控制变频器的程序里设置。当变频器的输出力矩达到设定值时，机械抱闸方可打开。另外，在抓斗运行的过程中，开闭变频器或升降变频器出现故障，机械抱闸会抱死，抓斗不会溜钩；在桥抓的总电源停电时，机械抱闸也会抱死。2.4 电气制动液压抱闸系统在改造时将与变频器进行电气联锁。即只有变频器有大转矩输出时，液压抱闸才能松开。当变频器没有转矩输出时，液压抱闸合闸，锁死机械装置。所使用的变频器在电机制动时，会出现电机处于再发电运行状态，变频器就需制动电阻耗散这部份能量，同时使电机的制动能力提高。 3 系统配置及选型3.1 变频器的选择（1） 变频器容量的选定变频器容量的选定一般要满足表1所列的要求。 表1 变频器容量选择 式中: pm —负载要求的电动机轴输出，kva;vn —额定输出电压v;in —额定输出电流a; η —电机效率（约0.85）;k —电流波形补偿系数（约1.05～1.1）;—电机的功率因素。选用的变频器的容量要比电机的额定容量大一档。（2） 提升和开闭变频器选用专门用于起重的变频器（3） 过载能力为额定电流的150%，持续60s根据表1选用的abb变频器如表2所示： 表2 选用的变频器 3.2 plc的选择（1）基于桥式抓斗工作环境粉尘多以及在运行过程中振动大，plc的防护等级要高，一般达到ip67;（2）有数字量输入通道和模拟量输入通道。模拟量输入通道用于对电流信号的处理,选用西门子的logo230r。3.3 制动电阻容量的选择制动电阻用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。（1）制动电阻rb的阻值一