浮吊式起重机控制的相关技术问题分析（一）

　　1 引言

　　浮式起重机是重钢公司的瓶颈设备，是矿石原料入口通道的咽喉，该设备性能的优劣直接关系到公司的生存与发展，是全公司要改造的重点关键设备。由于该设备有举足轻重的作用，在技术改造中既要先进，更要把安全可靠摆在头等地位，因此在设计中先进科技设备和控制技术成熟度是第一位的。浮式起重机是一个复杂的系统，它的控制涉及众多工程技术问题，是多技术系统应用的复合体。为了改善浮吊性能，保证该系统在高频率、大运量的情况下正常运行，需对该浮吊的控制系统及相应的机械传动部分进行技术改造，改造后的控制系统应能适应设备年起卸矿石200万吨的作业状况。

　　控制系统改造涉及起升及抓斗闭合电机（2×2×110kW）、旋转机构电机（2×2×30kW）以及变幅机构电机（2×1×30kW）共计10台电机的驱动及调速，实现可靠的安全联锁和防误操作功能以及联合动作控制系统，还涉及联动操作台的改造。

　　驱动系统能实现大范围的平稳调速及较快的速度提升性能（从启动到高速2.5s），同时解决抓斗闭合与提升电机间的受力平衡问题，速度调节能适应抓斗和吊装两种作业方式。

　　控制系统要具备较高的安全可靠性及完备的防误操作功能；联动操作台要操作简单易掌握，贴近原操作习惯，且有较高的使用寿命，适应频繁操作；整个系统能在高温高粉尘的恶劣环境下正常工作，适应正负百分之十的电网电压波动。因此，在系统功能实现上，有一定难度，以下就有关技术实现问题作些讨论。

　　2 系统总体设计考虑

　　（1） 驱动系统设计及选型为提高浮吊作业效率，既要提高驱动系统的速度响应，又要减少故障检修及常规检修的周期和频率，采用变频调速方式可以很好的满足浮吊设备对于驱动系统的要求。

　　变频器有很宽的调速范围，可以设定加减速时间；良好的低速力矩特性使得电动机在启动和加速时能够获得大而且平滑的加速度；制动单元的接入又使得电动机在减速和停车时能够获得足够的制动力矩。上述特性保证了变频调速系统有很好的速度响应性能。

　　其多段速度功能的各段速度独立可调，可根据作业需要设定各种不同速度进行作业。

　　变频器的平稳起动及制动特性减少了机械冲击，降低了结构损耗；启动电流较小，在频繁起动及制动中减少电机热损，延长电机寿命；变频器自身是高可靠性的通用标准设备，故障率极低，引入变频器后整机的故障率降低，维护量减少，间接地提高了作业效率。

　　为提高操作器件的可靠性，采用多段速有级平滑调速方式。

　　变频调速在低速情况及加减速过程中有明显的节电效果。

　　本系统选用的是日本安川公司的616G5系列起重专用型变频器，它能够方便的实现闭环矢量控制，可实现高达1：1000的调速比，高精度的速度控制，零速时可达到150％额定力矩，广泛的应用于起重行业。各电机原为绕线电机转子串电阻方式调速，改为变频调速后不需要更换电机，仅把电机转子回路短接即可。

　　（2） 控制系统设计及选型起重设备涉及到一系列的安全问题，浮吊控制系统必须有很好的可靠性和完善的安全措施，保证即使在操作失误的情况下也不会导致安全事故和设备损坏，为此本方案采用PLC来实现安全联锁和防误功能。除了紧急停机操作保留直接连线方式外，所有的操作均通过PLC程序来实现。本系统选用西门子公司6ES7－200系列紧凑型小型PLC产品作为核心控制设备。

　　（3） 联动操作台设计及选型联动操作台是浮吊的唯一操作位置和人机界面，除了作为基本操作器的手柄式凸轮控制器外，还设置了各种故障信号、紧急停机按钮、功能选择开关、允许操作钥匙开关等。

　　联动操作器作为浮吊主要操作设备，动作十分频繁，要求可靠并且有较长的使用寿命。本系统选用法国施耐德公司的XKB-E系列手柄式凸轮控制器，其操作灵活可靠，手感好，使用寿命高达各方向100万次，以旋转及变幅操作器为例，即允许左旋右旋和变幅向前向后各操作100万次，根据浮吊作业频率估计，每台操作器大约可使用1年左右。

　　当起升或抓斗部分出现故障时，需要将抓斗下放，为此设计了机械制动器释放踏板和允许此项操作的钥匙开关。

　　（4） 系统的环境适应性设计及选型浮吊位于江边，主要任务是装卸矿石，工作在高温、高湿、高粉尘及振动环境，需要采取措施保证控制系统正常工作。

　　浮吊主卷扬室内的四台电机、所有的控制柜等均为发热体，夏天时将因排放热量困难而产生很高的环境温度，不利于控制系统正常工作。在该室加装有强制通风设备以改善散热条件。

　　起升及抓斗电机工作持续性较高，在长时间低速运行时由于内置风扇工作效率低而导致散热能力差，改为外部强制风冷。

　　各控制柜采用进口柜体，密闭式结构可防止粉尘及湿气侵入，柜体上加装带过滤罩的强制通风风机以排放柜内热量，装有PLC的柜体装设柜用空调器，保证系统可以在-10-65℃的环境温度下正常工作。

　　各主要电气设备均选用具有抗振能力的进口设备。为了保证整个控制系统的高可靠性，本系统对于断路器、隔离开关、接触器以及按钮信号灯等低压电器统一选用了欧洲著名品牌，德国金钟－默勒公司的产品。