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1、-TON-电磁式B.T.C电气控制系统- 作者： 日期：2 30 TON 电磁式B.T.C电气控制系统曲业群1，刘君1，刘文涛1，韩颖2,（1.大连神通电气有限公司 ，辽宁 大连 116113；2.爱丽思（中国）集团 ，辽宁 大连 116600）摘 要：本文以韩国三星重工业（宁波）有限公司一台30 TON电磁式岸边桥式起重机（B.T.C）为例，详细介绍了岸边桥式起重机电气控制系统的组成、网络配置，并对系统当中各部分的工作原理、具体操作做了详细的说明，同时对电磁系统做了简要的介绍。关键词：岸边桥式起重机（B.T.C）；电气控制系统；电磁系统 Electric Control System Of

2、30 Ton Bridge Type CraneQu Yequn1,Liu Jun1, Liu Wentao1,Han Ying2(1. Dalian Shentong Electrical Co.,Ltd, Dalian 116113,China;2. IRIS (China) Group, Dalian 116600,China)Abstract：With the example of a set 30 Ton Bridge Type Crane for Korea SamSung Heavy Industry(NingBo) Co.,Ltd ,this article detailed

3、introduction the constitute、network configuration of the electric control System for the Bridge Type Crane，and a particular description for the specific operation of each part system，moreover，a brief introduction for the electronic magnetic system。Key words：The Bridge Type Crane（B.T.C）；Electric Cont

4、rol System；Electronic Magnetic System- 5 - 1 概述韩国三星重工业（宁波）有限公司是一家大型的跨国造船企业，每年都需要消耗大量的、不同规格的钢板用于制造船体结构。本文介绍的这台30吨电磁式岸边桥式起重机主要工作就是船舶靠港时装卸各种规格的钢板。这台30吨 B.T.C由起升机构、电磁机构、小车机构、大车行走机构、悬臂俯仰机构、电气控制系统、监视及报警系统、防风装置、悬臂挂钩装置、供电、通讯、照明、防尘装置、维修起重机、防火装置及金属结构等主要部分组成。小车的行走及臂俯仰机构均由固定于机房内的各个机构完成。起升、电磁、小车牵引可单独或联合动作。B.T.C各

5、机构的动作和管理由驱动与控制系统完成。驱动与控制系统由PLC、调速装置、机上监控管理系统及其相互间的通讯装置等组成。同时还有电缆卷筒、各机构的限位装置以及根据起重机安全规程所规定的各种安全保护装置等辅助机构。起升、小车牵引、俯仰、大车行走机构均采用先进的交流变频调速方案，PLC作为控制的核心，优化了起重机的控制性能。以下将详细介绍该起重机的电气控制系统，并对电磁系统做一简要介绍。2 电气控制系统2.1 系统的组成该起重机的电控系统由高压和低压两部分组成。 高压部分由高压电缆卷筒、高压电缆和高压开关柜组成。高压电源通过电缆卷筒送至机械房高压开关柜上，再通过一台1000KVA的三相干式高压变压器将

6、高压电转换为380V电源为起升、电磁、大车、小车/俯仰机构提供动力电源。低压部分包括：PLC控制主站、计算机工控系统和动力传动系统。动力传动系统又包括：起升机构、大车机构、小车/俯仰机构、电磁机构。高低压两部分通过一台三相干式变压器联系在一起，共同组成了整套电气控制系统。2.2 系统的网络配置B.T.C的中央控制器采用西门子S7-300系列PLC，CPU选用的是CPU315-2DP，它作为控制系统的主站与ET200、各机构传动变频器、绝对值编码器通过PROFIBUS总线协议共同组成了整套电控系统的网络配置。这台起重机起升高度高，悬臂跨度大，司机室分站又是可移动的，其PROFIBUS通讯总线要经

7、过小车滑触线才能接至司机室分站当中，导致PROFIBUS通讯电缆总长度过长，传输信号衰减，影响整机通讯系统的正常运行，为了解决这一问题，在这套电控系统中，我们将绝对值编码器通过光纤链路模块与PROFIBUS总线连接，这样不仅缩短了通讯电缆的长度，而且，光纤作为传输信号的介质不受外界的干扰，大大提高了通讯系统的稳定性。系统的网络配置如图1所示。另外，在系统中还配置了CMMS系统用于监视和记录起重机运行情况，并将起重机的故障输出形成报表，记录存档，以备日后检查和维修设备时查看；同时，在司机室分站中配置了一台触摸屏，能够快速、直观、准确的实现人机交换。图1 系统的网络配置2.3 交流变频调速系统在前

8、文已经介绍了该起重机的系统组成，其中动力机构分为起升、大车行走、小车/悬臂等机构。这些机构的控制方案采用都是单传动控制，即变频调速方式。在这个机构当中，大车行走和小车机构的控制方式相同，在这里我们只选择有代表性的起升、小车、悬臂机构做详细的介绍。2.3.1 起升机构2.3.1.1 工作原理起升机构由两台三相鼠笼式交流电动机驱动，每台交流电动机各由一台SEOHO变频器驱动，两台起升变频器之间为主从控制，主机接收运行和停止信号，同时将该信号发送给从机完成主从机的同步控制。当从机出现故障时，会将故障反馈给主机，主机根据从机反馈回来的信号做相应的处理。 起升速度检测通过安装在电机非输出轴的脉冲编码器来

9、实现，脉冲编码器测量的速度值直接输送到变频器作为速度闭环控制的速度反馈；起升位置测量通过安装在电机非输出轴的绝对值编码器来实现，绝对值编码器通过光纤直接连接到PROFIBUS总线。 在正常停车过程中，电机首先是电气减速，当速度降到大约3的最大速度时PLC切断制动器主回路电源进行制动刹车。 在两台起升电机的非输出轴端各装有一个离心式超速开关，用于起升机构的超速保护。超速开关有硬件触点接入急停回路，同时也有触点接入PLC输入点，当起升机构检测到超速时会立即切断主回路，PLC关闭刹车硬件回路，只有超速开关复位后才能恢复正常工作。2.3.1.2 机构的操作起升机构可通过选择开关进行选择“司机室”或“机

10、械室”操作，然后用联动台手柄（司机室）或旋转按钮（机械室）进行控制。选择司机室操作时，操作手柄的速度给定和速度方向信号送给ET200M远程I/O站，往前后推动操作手柄来生成起升速度给定值和速度方向。 驱动中的斜波函数发生器将速度给定按设定的加速时间上升，加速时间和制动时间因此而不受手柄移动速度的影响。起升也可以从机械房的就地操作面板进行操作。就地操作时首先从就地操作站起动B.T.C，选择机构使能，将选择开关拨到起升上升或者下降，就能操作起升机构，10的速度给定值和速度方向送往PLC；就地操作时起升的速度只有最大速度的10，将按钮拨到零位速度给定置成零。当起升机构更换钢丝绳可以使用就地操作更为方

11、便。 当就地点动操作时除紧急限位开关和过载保护外所有的限位开关都是无效的。 当需要调整限位开关时可以从电气房用紧急限位旁通开关将紧急限位开关旁路。2.3.1.3 机构的刹车控制当驱动器在停止状态时，机械刹车将机构刹住。刹车由电磁吸盘带动机械推力器打开，用刹车片来刹车。当刹车打开时刹车打开限位开关动作，信号送到PLC，作为运行的连锁。PLC确保电机在非零速状态时刹车打开，当驱动器停止时刹车自动关闭，但当有急停时刹车不会等待驱动器停止而立刻抱闸。2.3.2 小车机构2.3.2.1 工作原理小车机构由两台37KW的三相鼠笼式交流电动机驱动，交流电动机通过SEOHO变频器驱动，作开环控制。由于此变频器

12、是小车/悬臂共用的，所以，小车机构和悬臂机构是完全互锁的，即当选择小车机构动作时悬臂必须不能动作，反之，当悬臂机构动作时小车机构必须不能动作。通过对变频器内部电机组的定义可以实现机构的判别（悬臂电机组为1；小车电机组为2）。在小车轨道的前后两端各有一个减速检查限位开关来检查小车是否减速。 在正常停车过程中，电机首先是电气减速，当速度降到大约3的最大速度时PLC切断制动器主回路电源进行制动刹车。 在小车运行过程中，在槛梁位置区，电磁挂梁底部必须高于槛梁高度，如果这个条件没有满足，小车路侧方向将立刻停止，小车刹车立刻关闭，否则，将可能导致电磁挂梁与槛梁相撞。2.3.2.2 机构的操作小车可以从司机

13、室左操作台的操作手柄进行操作，操作手柄的速度给定和速度方向信号送给ET200M远程I/O站，往前后推动操作手柄来生成小车速度给定值和速度方向。 操作手柄有四个方向，只有前后方向为小车操作方向。 同起升机构一样，驱动中的斜波函数发生器将速度给定按设定的加速时间上升，加速时间和制动时间因此而不受手柄移动速度的影响2.3.2.3 机构的刹车控制与起升机构类似，当小车机构的驱动器在停止状态时，机械刹车将机构刹住，不同的是小车刹车采用的是电力液压块式制动器。当刹车打开时刹车打开限位开关动作，信号送到PLC，作为运行的连锁。PLC确保电机在非零速状态时刹车打开，当驱动器停止时刹车自动关闭，但当有急停时刹车

14、不会等待驱动器停止而立刻抱闸。2.3.3 俯仰（悬臂）机构2.3.3.1 工作原理俯仰机构由一台三相鼠笼式交流电动机驱动，俯仰电动机与小车电动机共用一台SEOHO变频器驱动。由于此变频器是小车/悬臂共用的，所以，悬臂机构和小车机构是完全互锁的，这点在前文已经介绍过，就不在赘述。俯仰机构的速度检测通过安装在电机非输出轴的脉冲编码器来实现，脉冲编码器测量的速度值直接输送到变频器作为速度闭环控制的速度反馈。2.3.3.2 机构的操作悬臂具有手动和自动两种操作方式，正常情况下悬臂是自动操作的（自动操作只允许悬臂在水平位置或挂住位置）。悬臂手动操作时，挂钩也将是手动抬起或放下。手动操作以固定的速度上下运

15、行，速度值可以选择高速/低速模式。在悬臂自动操作模式下，悬臂由PLC控制从一个位置到另一个位置，PLC控制悬臂的升降和挂钩等整个循环。俯仰机构只能在俯仰操作室操作。2.4 电磁系统本文所介绍的即该设备上使用的电磁系统是直流电磁系统，它是由整流单元、充电单元、电磁控制单元、电磁铁以及操作和控制回路组成的。该电磁系统具有七块电磁铁，其功率为4.58KW，电压为DC220V,电流为20.5A。为了满足被吊装钢板不同需求，该系统具有整吸整放功能，同时可以通过档位开关调节电磁铁的吸力，达到钢板分张下放的目的。电磁系统不同于永磁系统，当供电设备停止供电时，电磁系统将无法工作。设备在使用当中往往会遇到这种紧

16、急情况，当设备正在使用电磁系统将钢板吊离地面或船舱时，设备突然停止供电，这时，钢板已经被吊离地面或船舱一定的高度，如果电磁系统此时不能马上得到供电，电磁铁将瞬间失去磁力，钢板将从高空坠落砸坏船体、地面或码头，甚至造成人身伤亡。为了解决之一问题，系统中设有停电保磁装置。它是由18块DC12V的蓄电池串联组成，总电压达到DC216V，满足电磁铁电压要求，当设备突然掉电时，停电保磁装置立即启动，为电磁铁和电磁制动器提供电源，通过点动下放按钮将钢板安全下放至安全位置，保证了设备的使用安全。由于蓄电池的容量有限，为300AH,因此停电保磁装置只能供设备使用30分钟，在这期间内必须将钢板安全下放。3 结束语该起重机于2010年2月份调试完毕并投入使用，运行至今，系统运行正常，各机构动作良好，各项数据符合设计要求。该系统的核心元件是西门子公司的S7-300系列PLC和韩国SEOHO变频调速装置，PLC本身具有安全可靠、控制方便等特点，而变频调速方案具有调速范围大、平滑性好、定位准确的特点，故使得该控制系统在使用功