《装备制造技术）２０１２年第６期 造船门式起重机电气线路的设计要点 朱国兴 （江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院，江苏２２６０１ １） 摘要：近年来，随着我国造船事业的发展，需要大吨位门式起重机进行安装作业，要求作业时平稳、可靠，低速就位性能 良好，调速精度要求比较高。本文仅就造船门式起重机电气线路的设计要点进行介绍。 关键词：造船门式起重机；电气线路；设计要点 中图分类号：Ｇ６４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２—５４５×（２０１ ２）０６－０２７７—０３ １ 概述 机构上升时为阻力负载。下降时当负载很轻，其重量 克服不了机构的摩擦阻力时，也是阻力负载，对电动 近年来，随着我国造船事业的发展，需要大吨位 机来说，上升和轻负载下降时是电动状态，产生驱动 门式起重机进行安装作业，要求作业时平稳、可靠，低 力矩来拖动机构运转；升降机构下降时当重负载下 速就位性能良好，调速精度要求比较高Ⅲ。 降时，由重物拖动机构向下运转，对电动机来说，处 １．１设计要求 于制动状态，产生制动力矩来平衡由负载产生的驱 造船门式起重机电气控制系统的设计有二个方 动力矩，使重物以稳定的速度下降。 面要求：一是满足生产机械和工艺的各种控制要求，二 造船门式起重机在室外工作，由于风力的存在， 是满足电气控制系统本身的制造、使用及维修的需要。 顺风时，有可能把运行机构的阻力负载变成动力负 １．２电气设备组成 载，此时由风力驱动机构运行，电动机处于制动状态。 电气设备部分主要由电动机、电器元件和电气 ２．２．３起重机常用的下降制动方法 线路组成。控制设备通过控制电器元件和电气线路 为了使下降的重物能获得稳定的运行速度，需要 来控制电动机，电动机将电能转变成机械能，通过传 使电动机在制动状态下运行。异步电动机常见的制动 动装置拖动工作机构按要求完成各种生产动作［２】。 方法有再生发电制动、反接制动和单相制动三种。 由于外力的作用使异步电动机的转速超过其同 ２ 电气线路的设计 步转速时，称为再生发电制动，电动机的运行状态象 一个与电网并联的异步发电机，将电能反馈给电网。 ２．１供电 电动机被过重的负载倒拉，就会出现反接制动 动力回路３８０Ｖ，控制回路和照明回路为２２０Ｖ。 状态。电动机的转子被迫逆着旋转磁场的方向旋转， 整机供电方式采用磁滞式电缆卷筒供电，小车采用 转速为负，转子中产生更高的感应电动势。 悬挂电缆小车式供电。 把三相异步电动机的定子绕组接在单相电源 ２．２电动机 上，也可将三相电源中的任何一相断开，在转子电路 ２．２．１特点 中串接适当的电阻，如此时电动机由下降的重物带 在选择和使用的电动机时，既要考虑断续工作 动旋转，进入单相制动状态运行。 的特点，又要考虑频繁操作的特点。 ２－２．２起重机负载的特点 ３主令控制器 运行机构的正、反两个方向均属阻力负载，电动 机在正、反两个方向都是电动状态，发出驱动力矩来 主令控制器和控制屏一起用来控制电动机的起 拖动机构运转。 动、转向、调速和制动。主令控制器不是直接切换主 升降机构上、下两方向的负载性质不一样。升降 电路，而是切换电流较小的控制电路。 收稿日期：２ｏ１２—０３—１７ 作者简介：朱国兴（１９６Ｏ一），男，江苏南通人，工程师，研究方向：特种设备制造技术。 ２７７ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ６．２０１２ ．４ 接触器 励磁。使电机有足够大的转矩，维持重物在空中的停住 状态，以保证在电磁制动器释放时不会发生“溜钩”。 接触器是用来将主电路接通与断开远距离控制 ７可编程序控制器 的电器。用于远距离控制和频繁动作，以较小的控制 功率控制较大功率的主电路，控制电动机的起动、制 完成系统逻辑控制部分控制电动机的正、反转、 动、停止和调速，实现自动保护。 调速等控制信号进入ＰＬＣ，ＰＬＣ经处理后，向变频器 发出起停、调速等信号，开始运行。 ５ 电阻器 造船门式起重机主钩、副钩、大车、小车由各自 的ＰＬＣ控制，当大主钩、副钩、大车、小车电动机运行 电阻器在起重机中是用来供电动机起动、制动和 在电动状态时，控制过程基本相似，变频器与ＰＬＣ之 调节转速的一种电器元件，按其用途的不同可分为 间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同。 起动电阻器、制动电阻器和调速电阻器等。 当主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生 制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度 制动状态，变频器与ＰＬＣ之间控制关系在硬件组成 的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动 以及软件的实现有区别。 能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上 系统软件设计：通过对ＰＬＣ进行编程，实现ＰＬＣ 升，甚至达到危险的地步，应将再生到直流电路里的 与变频器信息交换的控制。编程的依据是系统的工 能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电 作过程。 阻可消耗此能量。 造船门式起重机小车电路：全部门关好后，紧急开 关等符合要求，手柄开关置于零位，按下起动按钮，接 ６ 变频器 触器通电吸合，三相电源接通。如速度选择开关置于速 度ｉ档，电源和电动机接通，１档速度起动；速度选择 ６．１调速方法 开关置于２档，２档速度运行，其余类推。速度开关置 采用具有矢量控制或直接转矩控制方式的变频 于零位或由于停电，电动机停止运行。当发生紧急情况 调速系统。 时，立即拉开紧急开关，变频器紧急停机控制端接通， ６＿２制动方法 变频器将使电动机迅速停机。当电动机过载，热保护继 采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结 电器的触点接通变频器外接保护控制端，变频器停止 合的方法。通过变频调速系统的再生制动和直流制 工作。当小车行走到终端时，两端各有挡块，撞上限位 动把运动中的大车、小车或吊钩迅速而准确地将转 开关，切断小车电路，小车停车并制动。变频器如发生 速降为０，利用电磁制动器进行机械制动。 故障跳闸，当故障被排除，可以起动时，按下复位按钮， ６．３变频调速系统的控制要点 使变频器恢复到正常运行状态。 造船门式起重机的拖动系统的控制动作包括： 接通复位控制端，控制小车电动机的变频器输入控制端的安排： 大车的左右行及速度档次；小车的前后行和速度档 般门式起重机有多档速度，调节速度的目的。 次；吊钩的升降及速度等，这些都可以通过ＰＬＣ可编 一程控制器进行无触点控制。 对于“溜钩”现象方面，可以充分利用变频器丰 ８设计举例 富的控制功能，电磁抱闸在接收信号到松开几秒钟， １造船门式起重机方框图 因此在抱闸抱住时不能有较高的输出频率。从变频 ８．如图１所示。 器的功能考虑，可利用变频器的零转速１５０％转矩输 中 出功能和预励磁功能。 ６．４零速全转矩功能 变频器可以在速度为零的状态下，保持电机有 ｌ ６ 滑赞霄 ６ 麓努ｊ甄嚣麓ｊ ６ 足够大的转矩，且不需速度反馈装置。这一功能保证了 吊钩由升、降状态减速为零时，电动机能够使重物在空 瓯怒罐 中停住，直到电磁制动器将轴拖住为止，防止溜钩。 ６．５停止时和起动前的预励磁功能 图１ 造船门式起重机方框图 变频器可以在停止时和起动前自动进行直流预 ｝ ２７８ 《装备制造技术）２０１２年第６期 Ｌｌｌ ＡＣ３ｇＯＶ 上小车主起升１ ＦＲＯＭ 衅Ｅ２Ｊ ＱＩ ～一 ＾ Ｉ ３５ＯＡ 品 Ｔ一 故障复位 公共端 一 蓉 高． 、． － ｛ ｕ ｕ ＫＩ。屏蔽外皮连接赭 ． １ … 一 ｌ Ｒ／ＬＩ Ｓ／Ｌ２啪 ＳＩ ｓ２ Ｓ３ ｓ４ Ｓ５ ｓ６ ｓ７ ＳＣ Ｅ【Ｇ ０ ３‘Ｕ 】２Ｌ ＰＣ，－Ｂ２ ＳＴ－Ｐ ｅ‘ １２ ¨，ｒｌ ｖ ｍ ２ ３ ４ ６Ｔｍ ２ ３ ４ｉ —了—。 Ｍ＾Ｍｃ ＭＩ＾ｌ２ ＴＯ ｆｃ３酤Ｊ 图２ 造船门式起重机主起升电路图 ８．２造船门式起重机主起升电路图 机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速时间 如图２所示。 都可以根据现场情况由变频器设置调整，此外也可 用ＰＬＣ通讯端或模拟端进行控制。 ９ 结束语 参考文献： 利用ＰＬＣ控制的变频调速技术，造船门式起重 【１１张质文．］起重机设计手册，中国铁道出版社。 【２］刘瑞琦．起重运输机械电气设备，中国铁道出版社． Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｇａｎｔｒｙ Ｃｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ ＺＨＵ Ｇｕｏ－ｘｉｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｓｐｅｃｉｌａ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｓ ｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｎｔｏｎｇ Ｂｒａｎｃｈ，Ｎａｎｔｏｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ．２２６０１ ｌ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ｎｅｅｄ ａ ｌａｒｇｅ ｔｏｎｎａｇｅ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ ｉｎｓｔｌａｌａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉｂａｌｅ，ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｇｏｏｄ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｏｎｌｙ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｅｓｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ （上接第２７６页） Ａｃｃｅｓｓ ｔｏ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆａｉｌｕｒｅ ＸＩＡ ＷＥＩ－ｆｅｎｇ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＳｈａｏＹａｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｕｎａｎ Ｓｈａｏｙａｎｇ，４２２００４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｕｇｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｌｒａｇｅ—ｓｃａｌｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｌｓ，ｍａｎｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｄａｍａｇｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ＳＯ ｉｓ ａｐｔ ｔｏ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ．Ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ， ｄａｎｇｅｒ，ａｎｄ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ｒｅｍｏｖｅｄ， ｙｏｕ ｎｅｅｄ ｔｏ ｕｓｅ ｈｔｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ；ａｃｃｅｓｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ２７９