船厂门座式起重机节能改造中的关键技术_赵仕兵.pdf

设备管理与维修2023 2（上）图 2副起升机构控制原理0引言浙江舟山某船厂 MQ630/40 t 门座式起重机已使用 20 余年，起升机构速度为 11.5 m/min。随着我国经济的飞速发展，对设备生产效率和节能环保的要求越来越高，原设备起升机构单一的速度已经远远不能满足生产需求，并且长期使用大吊钩起吊小吨位重物，使电机长期运行在轻载状态，效率和功率因数都极低，从而造成能源的极大浪费，经济性差。所以在该门座机上增加一个副钩系统很有必要。根据现场勘测，决定保留机房内的原起升机构和变幅机构，同时在机房内增加一套副起升机构，其中原起升机构确定为主起升机构，在人字架的合适位置增加一个导向滑轮，延长臂架并在上面增加滑轮及吊钩，如图 1 所示。新增的副起升机构采用英威腾变频器驱动，PLC 采用西门子 SMART 系列，主副起升机构采用同一个主令控制器。因为增加副起升后会影响整机的起重特性（工作曲线），所以还需要对原有的力矩限制器进行升级改造。基于以上的改造范围重点介绍项目实施中的关键技术。1副钩控制系统新增的副起升机构额定起重量为8 t，属于位能性负载，由一台YZP315S-10 变频电机驱动，额定功率 55 kW，额定电流 108 A。采用变频器闭环控制（图 2）。新增副起升机构的上升和下降各 5 挡，由联动台上新的主令控制器控制（图 3），15 挡的全程运行速度为 360 m/min，其中满载额定速度为 30 m/min。由力矩限制器根据副钩实际起吊的重量（可调）来判断是重载还是轻载，重载时各挡速度分别为额定转速的 10%、30%、50%、70%、100%；轻载时各挡速度分别为额定转速的 10%、50%、100%、140%、200%，共 7 段。变频器主要参数（图 4）设定后，将根据输入端子状态按设定好船厂门座式起重机节能改造中的关键技术赵仕兵，胡胜方，杨雪莹（杭州江河机电装备工程有限公司 浙江省水利水电装备表面工程技术研究重点实验室，浙江杭州310012）摘要：船厂大部分需起吊重物的吨位较低，起升机构的电机长期运行在空载或轻载状态，造成了能源浪费，迫切需要在现有门座式起重机上增加一个高效率的副钩系统。新增的副钩系统采用变频电机驱动，电气传动采用国产品牌起重专用变频器，PLC 控制。重点介绍新增副钩的电气控制系统，以及起升机构新主令控制器在不同电压等级的主副钩系统中的应用，最后介绍变频器在起重行业的关键参数设置，为后续节能改造项目提供良好借鉴。关键词：船厂；门座式起重机；节能改造；变频器中图分类号：TH213.4文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.24图 1门座式起重机63设备管理与维修2023 2（上）的速度运行，其中每挡的速度可在变频器内任意设定，以满足调速要求。2主副起升主令控制器设计原司机室联动台上设有 2 套主令控制器，其中左边联动台的主令控制器用于操作变幅机构和回转机构，右边联动台的主令控制器用于操作主起升机构和大车机构。改造过程中将左边联动台的主令控制器保留不变，对右边联动台的主令控制器进行整体更换，原起升机构主令控制器触点如图 5 所示，控制电压是 AC 220 V。新主令控制器用于操作主起升机构、新增的副起升机构和大车机构，两个起升机构之间采用一个转换开关进行选择切换，新主令控制器控制电压为 DC 24 V。当转换开关选择“副起升”时，起升主令控制器的挡位开关信号进入 PLC，经PLC程序处理后，再由 PLC 输出开关量驱动继电器 P701P705。继电器 P701、P702 的常开触点分别接入副起升机构变频器的 S1、S2 端子，用于上升和下降选择，继电器 P703、P704、P705 的常开触点分别接入变频器的 S4、HDIA、HDIB 端子，用于多段速控制。当转换开关选择“主起升”时，起升主令控制器经的挡位开关信号进入 PLC，经程序处理后，再由 PLC 输出开关量驱动继电器 P711P721，这些继电器将代替原起升机构主令的 11 个触点。主起升的控制电源是 AC 220 V，控制电源的线号 101、117、139、165，经过这些继电器常开触点（图 6），输出线号 103、113、119、123、131、149、161、163、167，可直接接入主起升的原控制系统。3主起升主令控制器编程在编写主起升挡位的程序时，要根据原起升机构主令控制器来编写（图 5），如零位时 P711 动作；下降 2 挡、3 挡时 P712 动作；上升 1 挡、2 挡、3挡时 P713 动作；下降 1 挡、2 挡、3 挡、上升 1 挡、2 挡、3 挡时 P714 动作，如图 7 所示，P715P721 以此类推。主起升的程序编写完成后，送上继电器P715P721 的控制电源，选择“主起升”，操作新主令控制器，记录继电器的动作情况，如图 8 所示。主起升零位时，继电器 P711、P717、P719 动作；上升 1 挡时，P713、P714、P716、P717、P719 动作；上升 2 挡时，P713、P714、P716、P719、P720 动作；上升 3 挡、4挡、5 挡 时，P713、P714、P716、P719、P720、P721动作。同理观察主起升下降 1 挡时，P717、P719 动作，下降 2 挡时，P712、P714、P715、P719、P720 动作；下降 3 挡、4 挡、5 挡时，P712、P714、P718、P720、P721 动作，经核对继电器的动作符合原起升机构主令控制器闭合表。送上主起升机构的主电源和控制电源，选择“主起升”，操作新主令控制器，逐挡测试，发现主钩运行良好，达到了改造的目的。需注意的是新主令控制器按 5 挡设计，原起升机构系统只使用了前 3 挡，所以在程序编写时需把 4 挡 5 挡跟第 3 挡合并处理，操作员不论操作到 3 挡 4 挡 5 挡，PLC 的输出均按第 3 挡执行。4副起升变频器调试说明副起升机构采用 Goodrive350-19 系列起重专用变频器驱动。Goodrive350-19 系列是新一代起重专用变频器，具有优异的转矩性能，集成抱闸图 3主副起升机构主令控制器图 5原起升机构主令控制器图 4变频器主要参数64设备管理与维修2023 2（上）图 6继电器线路图 7主起升部分程序控制、零伺服、快速停车、主从控制、多套电机参数、预励磁、轻载升速、松绳检测、限位等专用功能，保证起重设备的安全性、可靠性和高效性。在 Goodrive350-19 系列起重专用变频器的基础上，设计一套副起升机构控制系统。经过实验室测试，总结了主要参数设置，在现场取得了良好的应用效果。在设置的参数的过程中，若报 tpf，即转矩验证故障，可将P90.14 和 P90.15 暂时修改为 0，等以上参数设置完毕后，将电机连接至减速机上，然后再适当增大 P90.14 和 P90.15。若在使用过程中需临时修改成开环控制，只需修改 P00.00，注意不要修改 P90.00，否则变频器的输入输出端子将恢复成默认值。5更换力矩限制器副起升机构的重量检测跟主起升一样采用拉式传感器，安装在臂架头部钢丝绳端头。幅度检测传感器安装在臂架根部，力矩限制器主机和显示器都安装在司机室。门座式起重机改造后因增加了副起升的吊钩、滑轮、钢丝绳以及延长臂架等因素，相当于增加了臂架的自重，所以原起重机的工作特性会有相应的变动。经计算主起升的工作特性曲线将发生如下改变：最大起重量 40 t 的工作幅度由原来的 1415.75 m 减少至 1415 m，起吊 40 t 的幅度范围将减少0.75 m；曲线的工作幅度由原来的 15.7535 m 调整到 1535m，如图 9 所示。主起升机构的整个工作特性往左移动，对于任一幅度而言，允许起吊的重量将有所减小；副起升机构的工作特性曲线是全幅度 17.539 m，最大起吊能力都是 8 t。根据改造以后门座机的工作特性曲线，重新订制了力矩限制器，以满足对门座机的保护要求。新力矩限制器的力矩保护动作值根据主、副起升的实际力矩之和来确定，可防止用户在使用中过程主、副钩同时起吊重物导致倾覆。6结束语近年无论是港口门座式起重机，还是船厂门座式起重机，大都面临着使用久、效率低、能耗高、安全性差等诸多问题，为彻底解决这些问题，针对门座式起重机的节能改造将拥有较大的市场。本文结合浙江舟山某船厂门座式起重机的节能改造为背景，融入最新的 PLC 和变频器等先进控制技术，以较低的成本实现了改造目的，顺利通过了当地特种设备检验部门的验收，得到了各界的认可，为后续类似门座式起重机的节能改造提供了良好的借鉴作用。参考文献1解太林.基于 PLC 控制的变频调速在桥式起重机中的应用 J.电子技术与软件工程，2016（24）：146-147.2张煜明，厉红娅.新加坡 D2563K6 型高架门座起重机的电气系统 J.起重运输机械，2010（1）：6.3赵仕兵，徐伦忠，王少林.基于 S7-200 SMART 以太网通信的桥式起重机 J.智慧工厂，2018（2）：42-43，51.4胡艳丽，董爱华.PLC 与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用 J.自动化博览，2009，26（5）：3.5张质文.起重机设计手册 M.北京：中国铁道出版社，2013.6段苏振.英威腾 CHV190 变频器在门座式起重机中的应用 J.起重运输机械，2010（4）：5.7傅德源.实用起重机电气技术手册 M.北京：机械工业出版社，2011.8陈华，周超，李向东.桥式起重机增加额定起重量的改造方案探讨 J.建筑机械，2021（7）：77-79.9肖钬鑫.解析变频器和 PLC 在大型起重机控制中的应用 J.中国设备工程，2020（9）：199-200.编辑张韵图 8继电器动作表图 9工作特性曲线对比65