(4)系統的環境適應性設計及選型
浮吊位于江邊,主要任務是裝卸礦石,工作在高溫、高濕、高粉塵及振動環境,需要采取措施保證控制系統正常工作。
浮吊主卷揚室內的四臺電機、所有的控制柜等均為發熱體,夏天時將因排放熱量困難而產生很高的環境溫度,不利于控制系統正常工作。在該室加裝有強制通風設備以改善散熱條件。
起升及抓斗電機工作持續性較高,在長時間低速運行時由于內置風扇工作效率低而導致散熱能力差,改為外部強制風冷。
各控制柜采用進口柜體,密閉式結構可防止粉塵及濕氣侵入,柜體上加裝帶過濾罩的強制通風風機以排放柜內熱量,裝有PLC的柜體裝設柜用空調器,保證系統可以在-10-65℃的環境溫度下正常工作。
各主要電氣設備均選用具有抗振能力的進口設備。為了保證整個控制系統的高可靠性,本系統對于斷路器、隔離開關、接觸器以及按鈕信號燈等低壓電器統一選用了歐洲著名品牌,德國金鐘-默勒公司的產品。
3控制系統詳細設計
3.1電氣主回路設計中的幾個問題
(1)電氣保護
各支路入口用支路斷路器作支路短路保護及后備過載保護,支路的過載保護、過壓及欠壓保護和其他保護則由變頻器自身的保護功能承擔。由隔離變壓器提供控制電源及向PLC供電,以盡可能減小PLC及控制元件受電源干擾導致工作不正常的可能性。隔離變壓器前端設一斷路器作為短路保護及線路保護。
(2)變頻器出口隔離開關
電動機在檢修或較長時間停止運行后,要進行絕緣檢測,合格才能夠投入運行,而變頻器是電力電子類設備,不能進行常規絕緣檢測,為此,在各變頻器之后都設置了隔離開關,以便在需要時方便地將變頻器與電動機斷開。
(3)制動單元及制動電阻
起升及抓斗電機在負荷下降時,重物的勢能將轉化成為電能,再由變頻器附加的制動電阻將此電能轉變為熱能耗散掉,以達到平穩制動的目的。旋轉及變幅電機也附加了制動電阻,作為減速過程中的制動手段。制動電阻是通過制動單元接入變頻器的,制動單元能夠根據需要自動投入和切除制動電阻。制動電阻安裝在控制柜外專門的電阻安裝支架上。
(4)機械制動器控制
各電機的機械制動器由接觸器控制。其中變幅制動器電源取自支路斷路器后端,以保證只有在變頻器支路已經得電時,機械制動器的得電釋放才被允許。而提頭和抓斗制動器由于需要保證故障時允許抓斗下放,故單獨設計斷路器加以保護。
(5)旋轉編碼器
為防止在啟動時機械制動器放開后重物突然下滑或變幅機構突然前傾,起升、抓斗及變幅電機的變頻調速均采用閉環矢量模式,以獲得較迅速的力矩響應。閉環回路的轉速檢測由裝在電機軸端的旋轉編碼器實現。
3.2控制系統設計中的關鍵點
PLC是整個浮吊控制系統的核心,除了緊急停機按鈕以外,所有的操作設備、檢測設備和執行設備都是通過PLC互相聯系起來的。為減小電氣干擾的影響,除就近的聯動操作臺信號外,PLC的所有輸入輸出均通過入口及出口繼電器連接。緊急停機按鈕是在發生緊急情況時人為干預的最后手段,即使在PLC功能已經失效的情況下也能夠正常起作用,該信號直接作用于各支路斷路器使其跳閘,用切斷電源的方式迫使整個浮吊立即停止工作的。聯動操作臺上其他所有的操作指令全部以接點方式輸入PLC,再由PLC去控制各變頻器以使各電動機正反轉、加減速以及停止運行。操作指令與電動機的運轉方向和速度之間有一一對應關系,通過PLC實現聯鎖關系。
(1)調速指令及變頻器狀態信號
PLC以接點方式向各變頻器發送運行、停止、運轉方向及速度分級指令,并采集變頻器的運行及故障等狀態信號。
(2)速度反饋信號
速度反饋信號由旋轉編碼器采集,經PG卡直接送入變頻器參與閉環控制。
(3)接觸器控制及反饋
所有的機械制動器要求在變頻器開始運行時可靠釋放,在因故使變頻器停止運行時可靠抱合,其功能由PLC經過邏輯判斷后通過控制接觸器的閉合和釋放來實現,并采入接觸器輔助觸點信號以判斷接觸器是否正常工作。
(4)超行程信號
在起升、抓斗及變幅等各個機構上設有超行程限位開關,其信號全部送入PLC,在超行程信號時發出指令讓相應的機構停止動作,以防失控損壞設備。
(5)斷路器及隔離開關狀態信號
在浮吊運行時,要求所有的斷路器和隔離開關都處于閉合位置,開關的輔助觸頭將信號引入PLC,當有開關不在閉合位置時,PLC將給出燈光提示并封鎖操作指令。
(6)指令安全設計
由PLC發出的指令在PLC自身故障時將自動使設備處于安全停車狀態。
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