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起重機起升機構(gòu)安全保護系統(tǒng)

文檔作者：崔海豐李秀苓文檔來源：大連華銳重工集團起重機設(shè)計院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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起重機起升機構(gòu)安全保護系統(tǒng)
崔海豐李秀苓
大連華銳重工集團起重機設(shè)計院 大連116052
摘要：針對起重機起升機構(gòu)在吊運液態(tài)金屬、大型設(shè)備過程中，如果出現(xiàn)控制系統(tǒng)失靈，會造成人員傷
亡、設(shè)備損毀重大事故的問題。介紹通過對卷簡編碼器計數(shù)，經(jīng)過PLC編程運算，對起升機構(gòu)增加一系列的安
全保護程序，以增強起升機構(gòu)安全性能。
關(guān)鍵詞：起升機構(gòu)；安全保護；制動器
中圖分類號：TH21 文獻標識碼：A 文章編號：1001—0785(2013)09—0079—04
Abstract：Aiming at the problem that crane’S hoisting mechanism could cause casualties and equipment damage and
other serious problems arising from failure of its braking system dunng the process of hoisting of liquid metal and large—scale
equipment，the paper introduces a serial of safety protection procedure added to the hoisting mechanism through counting of
drum encoder and PLC programming，to improve the safety performance of]hoisting mechanism．
Keywords：hoisting mechanism；safety protection；brake
2011年8月，江蘇某鋼廠用180 t鑄造起重機
將滿載鋼水的鋼包起吊進行鋼水測溫。待測溫完
成后，司機將控制手柄打到上升一擋，發(fā)現(xiàn)鋼包
出現(xiàn)下滑情況，馬上將控制手柄打回零位，鋼包
仍然下落，立即按下急停按鈕，此時鋼包已經(jīng)墜
落至地面并發(fā)生傾翻，濺出70多噸鋼水，幸未造
成人員傷亡及設(shè)備損壞的重大事故。
1 事故分析
發(fā)生事故的起重機主起升機構(gòu)使用的是國外
某著名品牌的可控硅定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，采用1
臺調(diào)壓調(diào)速器驅(qū)動2臺電動機同時工作。
正常工作時，控制手柄打到上升一擋，調(diào)
壓裝置首先驅(qū)動電機建立力矩，再通過內(nèi)部控
制板檢測，當力矩達到開閘設(shè)定值時，制動器
打開， 電機旋轉(zhuǎn)，機構(gòu)開始上升。而此時起重
機控制手柄打到上升一擋， 由于調(diào)壓裝置控制
板出現(xiàn)瞬時故障，在沒有建立足夠起升力矩的
情況下，給出制動器打開信號，出現(xiàn)鋼包下滑
情況。而將控制手柄打回零位后，調(diào)速器沒有
控制制動器進行有效制動，鋼包仍然繼續(xù)下滑。
再按下急停按鈕，整機斷電，但此時由于鋼包
下落速度較快且已接近地面，最終造成鋼包墜
落至地面并發(fā)生傾翻。
《起重運輸機械》 2013 (9)
2 改進方案
目前，起升機構(gòu)電控系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速
或變頻調(diào)速，通過調(diào)速器內(nèi)部的制動器控制點對
制動器給予控制。一旦調(diào)速器自身的控制系統(tǒng)出
現(xiàn)故障，觸發(fā)制動器誤動作時，后果極其嚴重。
為防止調(diào)速裝置故障，造成制動器控制信號失效，
增強起升機構(gòu)安全性能，特增加安全保護系統(tǒng)。
2．1 安全保護系統(tǒng)的設(shè)計思想
在保證調(diào)速裝置對制動器有效控制的前提下，
使用卷筒編碼器對起升機構(gòu)整個傳動鏈進行監(jiān)測，
經(jīng)PLC運算后，輸出中間繼電器信號，串聯(lián)至制
動器的控制回路中，提高制動器控制的安全級別，
使起升機構(gòu)運行更加安全、可靠。
2．2 安全保護系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
安全保護系統(tǒng)主要是由制動器控制回路和傳
動鏈監(jiān)測回路組成。
2．2．1 制動器控制回路
制動器控制回路采用2個接觸器主觸點串聯(lián)
方式控制制動器，以防止接觸器主觸點粘連，造
成制動器無法閉合。見圖1，K07為調(diào)速器自身的
制動器控制繼電器，稱為工作制動器；K071為安
全保護系統(tǒng)輸出的繼電器，稱為安全保護制動器。
2．2．2 傳動鏈監(jiān)測回路
在起升機構(gòu)傳動系統(tǒng)的末端(即卷筒尾部)，
一79 —
K71
K72
3-50Hz
AC 380V
AC IV
K071＼
K07 I
A1
K7l匕 K72亡
圖l 制動器控制回路電路圖
安裝增量型編碼器，編碼器連接至西門子FM350
高速計數(shù)模塊上，見圖2。通過此種方式，對卷筒
的旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度進行計數(shù)，再經(jīng)過PLC進
行相應編程，控制繼電器輸出，從而控制安全保
護制動器，達到安全保護的目的。
圖2 傳動鏈監(jiān)測回路系統(tǒng)圖
2．2．3 安全保護系統(tǒng)主要硬件配置表
安全保護系統(tǒng)的主要硬件配置見表1。
表1 安全保護系統(tǒng)的主要硬件配置
名稱 型號 數(shù)量
CPU 6ES7 315 —2AH14 —0AB0 1
存儲卡 6ES7 953—8LG0o一0AA0 l
計數(shù)模塊 6Es7 350—1AHO2—0AEO 2
編碼器 HLE一1024H一3F—AC 2
2．3 安全保護系統(tǒng)的軟件配置
STEP一7 V5．4及以上版本；安裝計數(shù)模塊
一80 一
FM350的驅(qū)動程序。
2．4 安全保護系統(tǒng)方案
2．4．1 計時強制保護
1)方案說明
手柄打回零位，經(jīng)過延時后，強制安全保護
制動器閉合。(斷電延時時間的設(shè)置原則：斷電延
時時間≥機構(gòu)減速時間)。此方案可有效保護調(diào)速
器給定信號繼電器觸點粘連，調(diào)速器的工作制動
器控制失靈等情況。
2)程序監(jiān)控實例
見圖3，手柄回到零位后，時間繼電器1"200開
始計時。在正常情況下，機構(gòu)能夠在此時間內(nèi)完成
減速、停車過程。在T200時間后，無論機構(gòu)處于何
種狀態(tài)，安全保護系統(tǒng)控制的安全保護制動器K071
都將斷開，制動器閉合，強制機構(gòu)停車。
I4 1
主起升零位
‘ =05- T200
115001
主起工作制
動器保護11
Q廣—— $
5T#2S500S刪．r r I
V BI ?
? BcDl
圖3 方案1程序監(jiān)控圖
2．4．2 制動器的雙重控制
1)方案說明
手柄回到零位后，檢測卷簡編碼器數(shù)值，如
果卷筒編碼器速度值降至程序設(shè)定的零速值以下，
安全保護制動器閉合，從而達到制動器的第二重
控制。此方案為制動器的安全保護控制，不可取
代原有調(diào)速器對工作制動器的控制。
2)程序監(jiān)控實例
見圖4，其中TEMP432、TEMP433分別為2
個卷筒編碼器的讀數(shù)，IN2：25為安全保護程序設(shè)
定的零速值(此速度值應遵循調(diào)速器先進行其自
身工作制動器制動，而后此保護再起作用的原則
確定)。手柄回到零位后，檢測卷筒編碼器數(shù)值，
如果由任一卷簡編碼器速度值降至25以下，經(jīng)過
T206的延時后，安全保護制動器K071斷開，制動
器閉合。
2．4．3 上升時溜鉤
1)方案說明
操作手柄打上升時，檢、壩0卷筒編碼器信號，
《起重運輸機械》 2013 (9)
圖4 方案2程序監(jiān)控圖
M 500 3
主起工制
T206 動器保護l2
而i一1 “M500 3”
一
Q 一一-<卜?>-一一
lIl耥 黼I I
。
一
一J1 ? 一-曼 ?
圖5 方案3程序監(jiān)控圖(上升方向)
該保護程序?qū)Σ僮魇直仙?，但電機起升力
矩不足，重物拖著鉤頭下滑情況，能夠起到及時、
有效的保護。并且經(jīng)過現(xiàn)場故障模擬測試，吊運
滿載試驗，保護程序效果極其明顯，完全避免了
起升時溜鉤、重物墜落地面事故的發(fā)生。
操作手柄下降方向時，TEMP411、TEMP413
為正值，表明卷筒正在往下降方向旋轉(zhuǎn)，見圖6。
2．4．4 下降時溜鉤
手柄打下降各擋時，將各個擋位速度給定值
與2個編碼器反饋值分別相減，如果差值超過
40％ ，且持續(xù)時間超過0．5 s，安全保護制動器立
即制動。
保護程序如圖7，其中TEMP21、TEMP22分
別為2個卷筒速度給定值與編碼器反饋值的差值。
《起重運輸機械》 2013(9)
11500 2
主起工作制
"1'205 動器保護2
。
l
L#O
? J
圖6 方案3程序監(jiān)控圖(下降方向)
1 j
主起降一檔
‘‘=05- r2o1
。 F-oo~o． 廠 系1
4
一
O 0 一I
P2
0 l
O0 l 41N2 I
一
4
TEM P227
圖7 方案4保護程序示例
2．4．5 盤式制動器控制
1)： 案說明
對于卷筒加裝盤式制動器的系統(tǒng)，當手柄回
到零位且工作制動器已經(jīng)閉合，但卷筒編碼器仍能
表2 事故起重機各擋2卷筒編碼器讀數(shù)
手柄擋位 1號編 波動 2號編 波動
碼器 范圍 碼器 范圍
1．擋 一54 —53～一56 —56 —54一一56
上升 2：擋 一138 ——134～．—141 一l4o ．．135～．—140
3：擋 一275 ——266 ．——283 —276 —．269～．．280
4擋 一550 ．．538一．．554 —552 ——539一．．555
1擋 54 53—57 56 52—57
下降 2擋 138 133—140 136 132～141
3擋 276 270～280 274 268—278
4擋 566 547 574 568 558～570
圖8 方案5程序監(jiān)控圖
一81—
堆料機懸臂共振問題的分析與解決
韓剛?cè)A張起偉余崇義
華電重工股份有限公司 北京100077
摘要：結(jié)合工程實例分析堆料機懸臂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振的原因，通過理論分析，提出了合理有效地消除堆料
機懸臂結(jié)構(gòu)共振的措施。
關(guān)鍵詞：堆料機；懸臂；共振
中圖分類號：U653．928． 5 文獻標識碼：A 文章編號：1001—0785(2013)09—0082—04
Abstract：Considering the engineering practices，the resonance cause arising from the cantilever of the stacker is an—
alyzed，with reasonable and effective measures for eliminating cantilever resonance of stacker put forward through theoreti—
cal analysis．
Keywords： stacker； cantilever； resonance
某港口堆料機投入試運營后，即發(fā)現(xiàn)堆料機
懸臂結(jié)構(gòu)強烈振動，堆料機懸臂頭部振動幅度達
500—600 mm，呈現(xiàn)典型的共振特性。筆者參與了
該堆料機設(shè)計過程中的鋼結(jié)構(gòu)有限元分析，同時
也全程參與振動問題發(fā)生后的整改過程。本文將
理論結(jié)合實際，對振動問題的原因進行詳細分析，
提出多種解決共振問題的方案，最終選擇最經(jīng)濟
的方法成功消除了堆料機懸臂結(jié)構(gòu)共振影響。
1 共振原因分析
堆料機額定堆料能力2 660 t／h，堆料回轉(zhuǎn)半
徑42 m。堆料機主體由上部結(jié)構(gòu)、中心料斗、同
轉(zhuǎn)平臺、門座架、行走機構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)等組成。
其上部結(jié)構(gòu)由懸臂、L形梁、拉桿、懸臂帶式輸送
機、配重等組成，如圖1所示。懸臂、L形主梁以
及拉桿之間通過鉸點進行連接。懸臂帶式輸送機
檢測到速度值情況下，控制盤式制動器進行制動。
此方案解決了工作制動器損壞或傳動鏈損壞等緊
急情況，造成工作制動器失靈，機構(gòu)無法停車，
從而控制盤式制動器進行制動。
2)程序監(jiān)控實例
如圖8，當手柄回到零位且工作制動器已經(jīng)閉
合，經(jīng)過T209延時后，監(jiān)控2個卷簡編碼器讀數(shù)
TEMP432和TEMP433，若能檢測到大于25的速度
值的情況下，在T210時間后，直接控制盤式制動
器閉合。
在編制上述保護程序前，應多次操作手柄的
各個擋位，讀取2個卷筒編碼器相應的讀數(shù)，觀
察傳動系統(tǒng)的誤差、編碼器讀數(shù)波動范圍、最優(yōu)
設(shè)置程序中的參考值、濾波時間等。即應避免數(shù)值
設(shè)置過小，保護程序頻繁誤動作；又應避免數(shù)值
設(shè)置過大，保護程序動作不靈敏。
表2為事故起重機主起升機構(gòu)，操作手柄各
個擋位，2個卷筒編碼器相應的讀數(shù)。
一82 一
此讀數(shù)與編碼器脈沖數(shù)、數(shù)據(jù)采樣周期、卷
筒旋轉(zhuǎn)速度、編碼器前端增速齒輪箱傳動比等因
素有關(guān)。
3 改進結(jié)果
在發(fā)生事故的起重機上，按上述方案整改后，
進行了故障模擬試驗和空載、額定載荷吊載試驗。
試驗表明，此方案極大地降低了事故發(fā)生的概率，
提高了起重機起升機構(gòu)電控系統(tǒng)的安全可靠性，
并可對故障進行及時檢測、報警和鎖定，在發(fā)生
類似故障時，能及時停止起升機構(gòu)運行，避免事
故擴大。該起重機在增加安全保護系統(tǒng)后，運行
至今，未再出現(xiàn)類似問題。
作 者：崔海豐
地 址：大連市旅順經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)順達路29號
郵 編：116052
收稿日期：2012—08—18
《起重運輸機械》 2013(9)

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