基于PLC小型礦用橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)

李盼盼

【摘 要】針對(duì)繼電接觸器控制的傳統(tǒng)橋式起重機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的礦區(qū)持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，具有能耗大、故障多、不靈敏等缺點(diǎn)，而變頻器控制的新式橋式起重機(jī)成本較高且調(diào)速范圍窄，本設(shè)計(jì)采用三菱PLC作為控制系統(tǒng)，應(yīng)用雙速變極調(diào)速模式，整合軟硬件技術(shù)雙重設(shè)置，確保此礦用橋式起重機(jī)在礦井上下安全高效地運(yùn)作，同時(shí)較大的降低了其應(yīng)用成本。

【關(guān)鍵詞】PLC；橋式起重機(jī)；雙速變極；礦用

【Abstract】Aiming at the problems of energy-wasting， multi-fault and insensitive on the traditional mining bridge crane controlled by relay contactor in the complex environmental mining areas when operating continuously with high load， and the cost of the new bridge crane controlled by VFD is very high with a narrow range of speed. In this design ，the mining bridge crane uses Mitsubishi PLC as bridge crane control system， it adopts the control mode of two-speed pole-changing， and integrates software and hardware technologies into dual set， which ensures that this kind of bridge crane can operate safely and efficiently in mining areas. At the same time， this design greatly reduces the cost of mining bridge crane.

【Key words】PLC； Bridge crane； Two-speed pole-changing； Mining

橋式起重機(jī)專(zhuān)用于近距離轉(zhuǎn)移設(shè)備和物料，主要包括橫向機(jī)構(gòu)、進(jìn)退機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)三部分。目前，小型礦區(qū)普遍采用的橋式起重機(jī)較為傳統(tǒng)，其主要采用繼電接觸器和凸輪控制器進(jìn)行控制和調(diào)速。由于礦區(qū)的工作環(huán)境較差，粉塵多，任務(wù)重，傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電路和機(jī)械系統(tǒng)易受外圍環(huán)境影響，表現(xiàn)出較高的故障率、較差的可靠性和極為復(fù)雜的維護(hù)保養(yǎng)；而近年來(lái)流行的變頻器控制的橋式起重機(jī)價(jià)格昂貴，且變頻調(diào)速的范圍較窄，有一定的技術(shù)缺陷[2]。鑒于PLC的安全高效特性，現(xiàn)以高性?xún)r(jià)比和安全操作為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用三菱PLC對(duì)礦用橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)加以設(shè)計(jì)改造，提高礦用橋式起重機(jī)的操作精度，減小故障率；考慮到礦區(qū)機(jī)械需低速啟動(dòng)，高速作業(yè)的實(shí)際需求，通過(guò)改變電機(jī)內(nèi)部電路優(yōu)化其調(diào)速特性，避免電火花的產(chǎn)生，使其能夠符合礦區(qū)復(fù)雜的生產(chǎn)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)；此外，井下作業(yè)時(shí)，井下空間對(duì)橋式起重機(jī)有較為苛刻的限制，本設(shè)計(jì)通過(guò)縮減橫向機(jī)構(gòu)的機(jī)械體積，減少升降機(jī)構(gòu)的數(shù)量等方式，有效的適應(yīng)了井下復(fù)雜的作業(yè)條件。

1 硬件設(shè)計(jì)

為了簡(jiǎn)化操作流程，本設(shè)計(jì)采用單獨(dú)主鉤模式，主電路的主要功能包括主鉤升降運(yùn)行、小車(chē)進(jìn)退運(yùn)行、大車(chē)橫向運(yùn)行和電動(dòng)機(jī)變極高低速運(yùn)行。大車(chē)、小車(chē)和主鉤的電動(dòng)機(jī)均選擇鼠籠型電機(jī)，其額定功率大小需分等級(jí)，大車(chē)的雙電動(dòng)機(jī)的額定功率最大，小車(chē)和主鉤的單電動(dòng)機(jī)的額定功率略小。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f（1-s）/p，改變其極對(duì)數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)雙速模式。主電路的內(nèi)部和外部保護(hù)包括短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和機(jī)械制動(dòng)保護(hù)。短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)分別采用標(biāo)準(zhǔn)的熔斷器和熱繼電器，機(jī)械制動(dòng)設(shè)計(jì)模塊應(yīng)用電磁抱閘。改進(jìn)設(shè)計(jì)的礦用橋式起重機(jī)的主電路圖如圖1所示。本礦用橋式起重機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)需要分配17個(gè)輸入點(diǎn)和14個(gè)輸出點(diǎn)，綜合考慮整體20%的裕量：需輸入點(diǎn)數(shù)為： 17*（1+20%）=20.4；需輸出點(diǎn)數(shù)為： 14*（1+20%）=16.8；考慮到橋式起重機(jī)在礦區(qū)需要有較低的運(yùn)行頻率和較大的運(yùn)行電流，其PLC型號(hào)選擇繼電器輸出方式的三菱FX2N-48MR。為防止PLC軟硬件之間的響應(yīng)速度發(fā)生沖突，本設(shè)計(jì)采用PLC軟件和硬件雙重互鎖的方式來(lái)保障系統(tǒng)電路的安全。PLC接線圖如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

考慮同一運(yùn)行機(jī)構(gòu)的各部分或者不同運(yùn)行機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)行時(shí)易發(fā)生安全事故，需要在軟件中設(shè)置主運(yùn)行機(jī)構(gòu)的軟件互鎖，其包括升降互鎖、進(jìn)退互鎖、左右行互鎖以及其它必要的互鎖；為了保證地面人員和物品的安全，礦用橋式起重機(jī)所吊物品需高于安全高度，大車(chē)和小車(chē)在運(yùn)行前應(yīng)該確保主鉤上升到上限位，考慮井下作業(yè)的空間有限，橫向機(jī)構(gòu)尺寸縮減1/3，并且去掉副鉤裝置。

調(diào)速控制軟件要求兼有雙速互鎖和單向短延時(shí)功能：直接低速運(yùn)行命令時(shí)，正常響應(yīng)運(yùn)行；直接高速運(yùn)轉(zhuǎn)行命令時(shí)，軟件作用電動(dòng)機(jī)優(yōu)先短時(shí)間低速運(yùn)行后，再轉(zhuǎn)向高速運(yùn)行。暫停軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用線圈型特殊輔助繼電器實(shí)現(xiàn)暫停功能；限位報(bào)警的軟件設(shè)計(jì)要求起重機(jī)各部位觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)的限位軟件作用，停止當(dāng)前運(yùn)行，硬件響應(yīng)具體對(duì)應(yīng)的限位報(bào)警。橋式起重機(jī)的PLC控制梯形圖如圖3所示。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)礦用橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)故障率高，損耗較大，技術(shù)日趨落后；PLC聯(lián)合變頻器控制的橋式起重機(jī)成本非常高，且調(diào)速范圍局限。本設(shè)計(jì)將三菱PLC應(yīng)用于礦用橋式起重機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)中，整合新老技術(shù)和軟硬件資源，提高礦用橋式起重機(jī)的可靠性和靈活性，減小操作難度和能源損耗，簡(jiǎn)化整機(jī)的操作與維護(hù)難度。在綜合考慮低成本和礦區(qū)實(shí)用性的前提下，采用雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速取代傳統(tǒng)調(diào)速和變頻調(diào)速，調(diào)速特性平穩(wěn)的同時(shí)兼顧防爆性，場(chǎng)所針對(duì)性較強(qiáng)；此外，本設(shè)計(jì)優(yōu)化機(jī)械裝置，縮減體積和多余功能以適應(yīng)其在井下特定空間作業(yè)。目前此種橋式起重機(jī)已在礦區(qū)得到初步測(cè)試。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]