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系统设计

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第一章系统设计本系统在设计时充分考虑到门吊设备的特殊性,采用法国施耐德公司的ATV系列起重机专用变频器,TWIDO系列可编程控制器(PLC)及施耐德公司一系列低压电器,具备较高的安全性,可靠性及完备的防止误操作功能,能够满足起重机大范围平稳调速的要求.
系统分为起升,变幅、回转和走行四部分.
一.起升部分电气系统
1,电机参数:
电动机为三相异步绕线式电动机、型号为 ;电动机参数为: 定子:Y 380V262A 转子:YΔ272V295A n=588rmin
2,变频器:
ATV68是专为大容量三相异步电动机设计的一种紧凑耐用新型变频器系列,集最先进的科学技术与控制功能于一体,高力矩应用的功率范围为75-500KW,标准力矩应用的功率范围为90-630KW,输出电压为400-500V.尽管具有很高的性能,但调节容易,电力电子单元和停车自调谐功能使传动装置具有大功率高精度(包括低速0.5HZ以下)等优异性能.
根据吊机起升系统启动转矩大,启停频繁、能量变化剧烈等特点、变频器及附件型号如下:
变频器施耐德ATV68C23N4(高TN:160KW) 一台制动单元施耐德VW3A687575 一台施耐德公司ATV68系列变频器,具有如下优点:
具有针对起重机的特殊应用功能:
(1),能通过程序直接设置成起重机功能模式,在终端对数字输出编程后即可作为制动控制信号,实现抱闸顺序制动功能.
以往不采用变频器控制时,往往启动电流和机械冲击很大,在时序配合不好时还会产生溜沟现象,起升和下放的速度无法控制.ATV68变频器考虑到起升机构的特殊性,在变频器内部内置了机械抱闸逻辑顺序控制功能,使用户无需过多考虑,很方便地解决了以往出现的问题,其它品牌的变频器由于在变频器软件设计上的缺陷,用户只好通过外部监测和时间延迟的方法来解决,往往在现场需要反复试验校正,才能达到实际要求.
(2),具备高力矩起动功能.
(3)应用中速度给定一般采用多段速度的给定方式,通过逻辑端子可以很方便地实现,而速度大小可以很方便地通过内部预置速度的修改达到.
而以往不采用变频调速时,往往采用电阻调速,需要通过改变串接的电阻大小来实现,产生的问题是调速范围小,电阻能耗大,电流冲击大,接触器寿命短、需要经常维修.
(4)快速响应:在几毫秒内从零增加到全负荷力矩.
真正的力矩控制峰值力矩高:正确选型的情况下,能够可靠地提供最高250%的电机力矩,包括在零速度或经过零速度时.
(5)精确的速度控制:快速响应及与轴速度反馈的结合,能够提供极精确的速度控制.
(6)加减速斜坡,S斜坡(7)快速电动制动.
(8)频率输出模式,分别适合于起升专用及大小车控制.
二、变幅部分电气系统
变幅电机:YZR280M-10 45KW 定子:Y380V103.8A 转子:Y103V165A n=560rmin
变频器: 法国施耐德
三、回转部分电气系统
行走电机:YZRKW 定子:380V77A 转子:172V102A n=700rmin
变频器: 法国施耐德
二、走行部分电气系统
行走电机:YZR180L-8 11KW 定子:380V27A 转子:172V44A 700rmin
三、可编程序控制器(PLC)
系统的控制部分采用MODICON TSX NEZA 系列可编程控制器来实现,替代传统的继电器控制,具有控制先进、可靠性高,编程和修改方便等特点.PLC是整个调速系统的核心、负责对系统所有的输入,输出控制点和运算的控制,同时PLC具备强大的故障诊断和判断功能,能够准确可靠地监控系统运行、并负责与全中文故障显示监测系统的通讯.
四、全中文PT显示故障显示监测终端采用法国施耐德公司TSX08H04M显示终端,具有全中文大显示屏和通讯性能好的特点、通过可编程控制器的通讯,可实现下述功能:
1,状态监视功能.对各个机构的运行状态的参数进行监视,如起升速度,起升方向,制动器状态等参数进行实时监视,方便司机对该机构运行状态的了解.
2,故障检测功能.对各个机构的控制点、运行状态进行实时检测,一旦系统的哪个部位出现故障,系统马上显示故障的发生点以及故障处理的方法,可方便快速地帮助维修人员查找并处理故障.
五、系统安全性设计对起重机装卸设备来说,系统的安全性,可靠性是十分重要的.因此在选型和系统设计上,我公司考虑了一套多重联锁保护方案:用PLC来确保系统安全运行在系统设计时,将各机构行程限位开关(包括起升高度限位、走行移动限位、防风,防撞开关)的状态信息;断路器,空气开关,接触器,热继电器的通断信息都送到PLC进行判断、通过程序设计成安全联锁状态、PLC就能自动识别、并错误操作指令或快速切断故障回路,从而有效防止安全事故的发生.
2,发挥起重机专用变频器的保护功能变频器本身具备缺相检测,相序检测,失压保护,过压保护,过流保护,速度反馈丢失,过速保护等七项保护功能;同时还具有自诊断和外部机械抱闸逻辑控制功能,能有效地防止溜沟现象的发生.
3,采用超载限制器对起重机进行超载保护当重物超载时,载荷测控仪发生预报警,并马上停止起升工作,使系统进入保护程序.
4,设置漏电保护配有一个400A三相三线漏电保护器和相序断相保护继电器.
六、系统总图
第二章系统操作说明
一、系统结构功能示意图及简要说明整个系统由两个主令操作台,五个电控柜和二个电阻柜组成.五台电控柜按功能分为:
(1)高压配电柜,实现对变压器的保护.
(2)低压配电柜,实现系统配电.
(3)起升控制柜,实现系统的起升的变频调速.
(4)变幅控制柜,实现系统的变幅变频调速.
(5)走行回转柜,实现系统的回转走行的变频调速.电阻柜配合实现起升机构的能耗制动.司机通过主令台上的总启按钮启动系统,通过主令发出运行指令,传送到PLC进行处理并输出控制信号,控制变频器工作,驱动相应电机转动,实现机构运行.同时PLC对主令及各机构进行状态监控,对系统进行即时在线保护:如零位保护,限位保护,过热保护,超载保护等、通过人机界面(PT)反映各限位状态正常与否,自动分析指示故障原因,指导操作维护人员正确处理.司机通过主令台上的总停按钮停止系统运行.
二、主令台主令台两个,分设在司机座椅两侧,分别为左主令台和右主令台.
(1)左主令台示意图及各器件功能
3,PLC中央控制单元采用法国施耐德可编程控制器-TWIDO PLCTWIDO PLC是MODICON 家族的新系列产品、具有如高速计数器,脉冲输出、网络通讯,实时时钟,客户化功能块等先进功能.本体和扩展IO模块,均为12点、24V输入,8点继电器输出.220VAC电源由变压器TC变压,经快熔FU1,FU2和电源滤波器DL隔离处理提供.
PLC在本系统中的主要功能PLC主要用于协调处理起升,变幅、回转,走行的控制信号,包括接受主令手柄的方向,速度给定信号,各路限位状态信号,电机过热保护信号和抱闸开合信号,发出各机构控制信号,控制变频器驱动电机旋转和保护器件动作保护.其控制保护示意图如下:工作原理参见控制回路图,PLC外部接线图及各机构功能说明.
PLC输入输出口供电特征:
输入口均为PLC本体24V直流输入;输出口分为直流24V输出和交流220V输出两种.24V分别由相应机构的变频器提供24V输出、用于控制变频器逻辑端子输入;交流220V,用于输出、驱动中间继电器.
4,起升变频调速(见原理图):
由断路器1Q,电抗器1L,变频器起升电机1M及抱闸控制机构组成,执行505控制方式,五档运行.在第五挡具备轻载自动识别功能,当负载低于10%时,速度自动由50HZ切换至75HZ,以大幅度提高工作效率.
起升变频器控制端子功能预置说明:DI1 正转,DI2反转,DI5 点动,DI3 DI4 DI6 速度给定;1RL1 1NO1为故障继电器接点、送PLC监控;1RL2 1NO2 设为顺序制动,供PLC监控;1RL3 1NO3设为顺序制动,用于驱动抱闸继电器(1KMA).
起升机构保护:
(1)当超载和高度限位正常时PLC输入口点亮,起升机构可以向上运动;当超载或高度限位发生故障时, PLC输入口绿灯熄灭.起升机构被限制向上运动,此时,只能下放.
(2)当抱闸接触器发生故障而不能正常吸合时(即抱闸不能正常松开)、起升机构将发生堵转而造成变频器电机过载和机械危险.此时PLC将自动切断控制回路,使变频器停止工作,并提示维修,只有故障排除,起升机构才接受运行指令.
(3)抱闸接触器吸合后因触点粘连或其它原因不能有效断开时,起升机构将出现失控下降(溜钩)的危险.此时PLC能自动切断主回路电源使抱闸失电,及时实现制动,从而避免溜钩.PLC通过PT提示抱闸接触器粘连.待故障排除方可合闸接通主回路.否则,人为合闸会发生溜钩事故.
5,变幅变频调速(见原理图):
由断路器2Q,变频器电机2M及抱闸控制机构组成,执行404控制方式,四档运行.
变幅变频器控制端子功能预置说明:DI1 正转,DI2反转,DI5 点动,DI3 DI4速度给定;R1A R1C设为顺序制动,供PLC监控;R2A R2C设为顺序制动,用于驱动抱闸继电器(2KMA).
变幅机构保护:
(1)当增幅减幅限位正常时PLC输入口点亮,机构可以运动;当限位动作时, PLC输入口绿灯熄灭.变幅机构被限制向危险方向运动.
(2)当抱闸接触器发生故障而不能正常吸合时(即抱闸不能正常松开)、变幅机构将发生堵转而造成变频器电机过载和机械危险.此时PLC将自动切断控制回路,使变频器停止工作,并提示维修,只有故障排除,变幅机构才接受运行指令.
(3)抱闸接触器吸合后因触点粘连或其它原因不能有效断开时,变幅机构将出现失控下降的危险.此时PLC能自动切断主回路电源使抱闸失电,及时实现制动,从而避免溜钩.PLC通过PT提示抱闸接触器粘连.待故障排除方可合闸接通主回路.否则,人为合闸会发生溜钩事故.
6,回转变频调速(见原理图):
由断路器3Q,变频器抱闸控制机构组成.执行404控制方式,分别设为四档运行.
回转变频器控制端子预置为:LI1 LI2 正反向控制,高电平有效;LI3 LI4 四种速度设定.
7,走行变频调速(见原理图):
由断路器4Q,变频器抱闸控制机构组成.执行404控制方式,分别设为四档运行.
走行变频器控制端子预置为:LI1 LI2 正反向控制,高电平有效;LI3 LI4 四种速度设定.
当左限位(4S1)断开时,走行不能左行.当右限位(4S2)断开时,走行不能右行.当走行热继电器FR1任一个热保护动作,走行停止运行.上述故障均由PLC进行信号处理,送PT显示、待故障排除,系统方能恢复运行功能.
第三章,系统的安装、调试一安装(一)、环境为了保证本装置的正常运行及工作寿命,安装地点应具备下列条件:
电网电压:三相交流380V左右.注:特殊情况可按要求特殊设计.
相对湿度:空气的最大相对湿度不超过90%(25℃).相对湿度的变化率每小时不超过5,且不得出现凝霜.
气体污染:本装置运行地点应无导电或尘埃、无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸气.
环境温度-40℃~45℃.机房应采取灵活的保暖防寒和通风换气措施.
系统安放地点不应漏雨,漏油、附近不应有放射性材料及易燃物品.本装置不能受剧烈机械冲击,震动.空气中不应有金属.
(二)、就位安装时首先要进行实地查看和测量,全面考虑,选好位置.吊装时要作到安全可靠,以避免引起设备损坏.吊装时本装置的倾角不可大于30°,绝对不允许横吊和倒吊.吊装就位时要轻拿轻放,以避免装置内器件的损坏.五个控制柜均应置于机房内、联动操作台安装于驾驶室的前半部,电阻柜有防雨措施可置于机房外.
安装就位后,要将本装置的所有柜体底脚加以固定.
(三)、接线
1,准备工作(1),本装置要求采用全新电缆线,其额定电流、电压应符合装置设计要求;接线前必须用兆欧表测量其芯线的通断和线间,对地的绝缘.
(2),裁线时要进行实际情况模拟,并留适当余量,剥线时不可损伤绝缘层.
(3),所有的连接线均须做线鼻子,其规格要依线的截面而定,两者要匹配.
(4),线鼻子的压接要求美观,紧密,压好后烫锡.
(5),烫锡要求:锡焊进入压接部位内部,且均匀、美观.
(6),电缆线要根据线色分好A,B,C,并标上相对应的线号.
(7),控制电缆线先要用万用表分清每一根线,并在同一根的两端标上相同的线号,以免混线.
(8),接线之前一定要先断开电源,以保证安全.
接线工作:严格按照接线图接线,切勿随易改动,以免造成不良后果.如附录图(1),本系统接线采用近端编号.
(2),电源接线:本系统采用三相电源线,用用户提供的电源电缆将总电源联接至电源柜铜排端子(L1,L2,L3).地线接到柜体上的接地螺丝上,并用螺帽加平垫、弹簧垫压紧.
(3),电动机接线:起升,变幅、回转电机线直接接到变频器输出端子(U,V,W),走行电机均接到门腿端子排上相应的接线端子,用户提供的电缆对应联接.
(4),抱闸接线:各机构的抱闸接线均按原理图和接线图所示连接.
(5),控制柜之间,各控制柜与操作台及操作台之间均用控缆连接,各控制柜和左,右操作台接线图对其联接作有详细标注,按图连接即可.在连接时必须按标志和线号正确连接,否则将损坏系统.如为屏蔽电缆,屏蔽层应两端分别接地.
二调试一般情况下,现场工作人员只要更换常规器件便可以达到维修的目的,但还是应该了解调试步骤,以便从本质上掌握它的正确使用以及维护和方法.
下面分别介绍本系统各单元电路及整机调试步骤.调试前必须要熟悉本系统电路,搞清基本原理,并对照电路图检查装配和接线是否正确.
(一)、检查电源
1,主回路.系统通电之前、首先要检查供电电源是否正常.用万用表交流500V挡测量三根相线之间的电压,读数应该是380V左右.事先检查电源是否正常、就可以避免在电网质量非常不好,或是缺相运行时发生事故.电源线有三根进线,标号分别为L1(黄),L2(绿),L3(红),经铜母线送至漏电开关,以A,B,C三相分配给各单元.依次检查各空开上下电压是否正常.起升,变幅、回转电机线直接接到变频器输出端子(U,V,W),走行电机线接到端子排,若旋转方向不对、任调换两根即可.控制回路电缆应按端子号一一对应即可.系统设相序与断相保护功能,在相序继电器工作正常的情况下,只需查看相序继电器的指示灯,若指示灯亮表示相序正常;否则,相序错误或断相报警.
2,总控回路和辅助电源.检查L220,N00两端电压是否为220V;隔离变压器TC输出是否为220V;PLC输出是否为24V;变频器输出的是否正常.
(二)、控制逻辑检查检查时,主回路不要上电,如为了方便调试必须上电,须断开电动机线,以防不测.
1,首先在PLC上电之前检查PLC的输入电源是否正常、以及PLC输入输出控制线是否混淆,在确认无误后方可上电,然后检查系统初始状态是否正常、观察PT提示是否正常、PLC电源指示灯(绿)是否点亮,并对照PLC初始状态表检查各回路是否正常;
2,各继电器,接触器等执行部件的动作逻辑是否满足设计要求;
3,观察主令手柄推动,PLC响应情况.主要看PLC输入,输出口绿灯点亮信号是否与接线图一致.否则需对照检查接线端子线号.
(三)、空车试验进行空车试验、进一步检查整个调速系统的工作情况.以走行为例:
1,逐台检查走行动作时电动机的转向.首先断开其中一台电动机的接线,主令手柄快速推一档,观察电动机旋转方向,然后按照上述方法检查另外一台电动机旋转方向,使小车两个电机旋转方向与控制方向一致并同步;
2,观察变频调速系统的起动,正反转,工作电流等特性.
3,变频调速系统具有软启动,软停车的优点、因此当主令手柄给出速度档位后,变频器能驱动电机由0速平滑地上升到给定速度.平滑度由加速斜坡控制,一般从0HZ加速到额定速度(50HZ)设为3S,减速相反.如果电机运行于正向,主令突然打反、变频器将自动控制电机完成正反向切换过程,即先按减速斜坡减速,再按加速斜坡加速,切换运行过程应自然平稳.
4,系统的工作电流是由负载决定的,因此,在正常情况下,空车时的系统电流是很小的.如果电流很大,或有周期性的振动,则属于不正常、应暂缓进行高速或负载实验.当启动情况正常后再进行高速或负载试验.
5,测量电动机的最高,最低运转速度,使电动机转速达到设计要求. 在走行平稳移动时用转速表测出电动机的最低运转速度.主令在高速位置时,测出最高运转速度,得出调速比n=nmax:nmin, 再测出电动机的高速,与铭牌上额定转速ne相比较、要求与ne差别越小越好.
注:进行空车试验时要特别注意,试验前还应对各机械部分及轨道等等进行检查.
(四)、负载试验
1,在进行提升动作的负载试验时,负载的大小应由小到大逐渐增大,操作也应缓慢,而且还应监视变频器,电机回路Id电流的大小,转速n的大小及各元器件的工作状况,切勿大意.
2,带负载连续工作一小时左右,观察变频器,电机、电抗器等的温度变化,发现异常情况应停车检查.
带负载试验同时检查调速系统各机构调速的性能是否达到标准.
第四章系统的维护及故障处理
一、维护每星期按一次漏电保护开关上的试验按钮,如发现不动作,应及时更换;安装运行一个月以后,重新紧固各连接端;以后定期进行检查.
定期检查各接触器辅助触点上的螺丝、由于接触器的频繁工作振动,很容易将接触器辅助触点上的螺丝振松,应注意紧固.对于那些不用的触点、可以将它的螺丝下掉、以防被振掉.
定期检查接触器,以便延长接触器的使用寿命.本产品要求有良好的防雨措施,避免进水,滴水,及雨水溅入.定期检查各部分连接用的电缆线,如有问题,及时更换.如要移动本装置,要求拆除装置内部的端子进线时,必须放好,作好记录,以便恢复.
定期打扫装置内的灰尘.作好运行、维护记录.
二、一般故障排除方法要排除故障,首先要识别故障的性质,找出故障点、同时分析发生故障的原因,然后排除故障.同时还应提出今后操作,维护方面应注意的事项、并作好故障处理的详细记录.切忌情况不明就瞎捅、有时偶然被捅好,但故障原因没有真正找到,这样就有可能留下隐患,导致更大的故障发生.
由于本系统的设计思想是:应用灵活,操作方便,维护简单,稳定可靠.操作者只需阅读说明书即可掌握本系统的操作,维护等等几方面的知识.排除故障时,可参照PT故障显示说明以及附录中常见器件和变频器故障分析,便可迅速解决.
控制柜中器件在长期工作中如有损坏,请按同型号规格的器件更换.
注:1,远程限位(如:走行限位、提升高度限位)由于距离较远,若采用24V DC ,则电压衰减幅度较大,所以采用220V AC中间继电器KA转换成24V DC输入.
2,抱闸接触器由于容量较大不能用PLC输出直接驱动,所以采用220 AC 中间继电器KA转换.
3,常见故障分析参见附录F.
第五章技术支持及服务
1,本系统自验收合格,交付使用之日起,保修十八个月;
2,保修期内、本公司负责系统元件的免费维修和更换;保修期外,本公司长期负责相关元件的供货及相关技术支持、并酌情收取一定的费用.
3,产品保修范围仅适用于正常情况下的损坏,以下情形不属于保修范畴:
(1),擅自改装和人为破坏造成的损坏;
(2),违反操作规程,维护保养规范引起的损坏;
(3),超出使用条件使用造成的损坏;
(4)自然灾害造成的损坏.
4,公司技术服务电话
5,法国施耐德武汉公司对本公司的产品及质量服务承诺适用于本系统用户.
MQ600B起重机变频调速控制系统- - 宜昌市起升电机变幅电机回转电机PLC可编程控制器起升变频走行变频变幅变频PT显示主令
电压换相开关:三相380V交流电压换相、切换相序,便于电压表检测.
电压表:检测AB,BC,CA电压.
电流表:检测系统电流.
运行指示灯:变幅和回转主令手柄用于控制变幅回转动作.两机构均为四档运行、零位停车.
机构方向及速度控制:前推,变幅增幅、四档;后推,变幅减幅、四档;左推,回转左转,四档;右推,回转右转,四档.
(2)右主令台示意图及器件功能:
人机界面(PT):监控界面,能显示系统运行状态参数,实现故障报警,故障提示原因分析等.
总停(SZT):红色平头按钮,切断总停接触器,断开主回路.
总启(SZQ):绿色带灯按钮,启动总停接触器,接通主回路,同时按钮灯点亮.
照明开关:包括司机室,机房照明,工作照明.
紧急停车按钮(红色):用于紧急切断起升机构上行
运行指示灯:起升和走行主令手柄用于控制起升走行动作.两机构均为四档运行、零位停车.前推,起升下降、四档;后推,起升上升,四档;左推,走行左行、四档;右推,走行右行、四档.PT变频器限位开关热继电器PLC抱闸制动电机1Q跳闸抱闸失灵只有在确认电源断开后才能开始接线.接线只能由电气专业人员进行、并由负责人检查.连接主回路时应由厂家的专业人员进行检查.一人接线完毕后,必须两人以上仔细检查确认无误后方可进行调试.切勿触摸变频器内的电子元器件.要对变频柜进行检修,一定要确认电源断开.不遵守这一警告会导致电击检修时严格按照图纸和说明书.不遵守这一警告会使设备运行不正常切勿任意调整变频器的有关设定值.不遵守这一警告会损坏变频器回转变频走行电机

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