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1、用PLC优化天车操作流程实现节能降耗柳钢职工培训中心 【摘要】本文通过对天车操作现状的分析，提出通过优化天车操作流程的方法，可实现节能降耗。【关键字】 电动机机械特性 PLC 优化操作流程1现状分析目前在各分厂工作的天车操作工中，大多数仅仅是熟悉天车的吊装方式和熟记操作规程，但是对于在操作中如何保护机电设备、让设备节能、高效、安全的运行，就不是每一个天车操作工都能掌握的操作技术，更何况目前企业都处于高强度、高速度的运行情况下，天车操作工们为了能够在有限的时间里创造出更大的经济效益，都会或多或少的采取损失设备使用寿命的方式来加快生产节奏，这样一来无形中既增加了设备的维修成本，也更加积累了事故的隐
2、患。提起天车操作工的操作水平，习惯性的判断标准是快、准、稳，但从目前的情况看，只要吊装安全迅速，至于造成的设备损坏和人员维修似乎成为“正常损耗”了。以下对天车工的不良操作习惯造成的设备损坏和事故进行分析。1.1在起重设备安全操作规程中明确的说明，指出天车的大车在行驶中只可以在紧急情况下，打“反车”用于紧急停车，且只允许打“反车”到1档。但是绝大多数的天车操作工都有用“反车”制动的习惯，这种习惯，对于起重电动机和减速机构都会造成极大的破坏。如图1中虚线所示，打“反车”1档时，施加在减速机构上的力矩是正常1挡力矩的一倍以上。而电动机的启动电流是额定电流的47倍，此时瞬间反向启动电流的冲击，对绝缘系
3、统的破坏程度可想而知。图11.2天车的起重能力在制造完成后都有明确的标识，但天车操作工在工作过程中对于起重电机的适应能力和对起升物的重量无法准确估计，在提升重载的过程中发现2、3档无法起升时仍然强行进档起升，极易造成重物溜钩的情况发生。如图2中所示，根据主钩电动机二挡切阻后电机启动电磁转矩只是额定转矩的60，当起升强行进入三档以后运行，虽然可以起吊重物，但由高档位退往低档位时，电磁转矩逐步减小，此时如果经验不足，操作不当就极易造成溜勾事故。造成该事故的主要原因是对起重电动机的机械工作特性不了解造成的，也属于人为事故原因之一。图21.3在用的天车中除新建的主体厂外，其他各分厂使用的天车控制线路仍
4、然采用凸轮控制器控制接触器加时间继电器的控制方式，因为使用环境的恶劣，极易造成时间继电器的失效和参数变化，加上天车操作工反馈操作不方便等等原因后，有些为了减少故障点而取消了时间继电器的功能，进而违反电动机的机械特性，让电动机强行加速，不断的承受大电流的冲击而产生过热或直接烧毁。1.4在现有使用可编程序控制器（简称PLC）的天车中，因为缺少与天车操作工的沟通，不符合现场操作要求或没有充分发挥PLC程序控制优势的程序设计缺陷依然存在，PLC的保护上未设置独立电源和在输入输出端口加设隔离继电器，如同接线端一样使用，PLC随时承受外部线路大电流或厂内其他用电设备的电流冲击，以至于PLC的端口有烧毁现象
5、，更谈不上对起重设备的保护作用了，由此又增加了维修费用。2.PLC优化操作程序的优势如果在天车操作工日常操作的基础上加上PLC程序的优化控制，天车操作工也能达到节能降耗的效果。在PLC的输入、输出端口前接入隔离作用的继电器，如图3所示，由独立电源实施供电则可完成对PLC工作状态进行保护，免除外部大电流对PLC的损坏。因此，用PLC优化天车操作流程是降低企业生产成本，提高生产效率和杜绝人为事故发生的有效手段。图3PLC程序控制天车，并不是要改变原天车的主回路，仅仅是在操作人员操纵控制器向切阻接触器发出指令之前，经过PLC的程序进行判断，是否符合电动机机械特性后，才对相应切阻接触器发出动作命令。避
6、免电动机长期、频繁的承受大电流冲击，延长电动机使用寿命。2.1由PLC的步序控制方式提供的安全保护2.1.1 在经由PLC控制的天车运行程序，可以完全按照天车操作工现场操作习惯来编制。例如，天车操作工运行大车打反车的习惯，造成设备损坏的主因是在电动机和减速机构仍处于转动状态下施加极速反向作用力，造成硬性冲击。针对此习惯，在PLC的运行程序中编入电动机换向“过零位停止时间的条件”的控制程序，让抱闸能够有一定的机械动作时间，将运转中的电动机和减速机构停止转动后，再实施反向运行控制启动，这样优化后的控制流程就可以避免电动机受大电流冲击及其造成的机械冲击。在原切阻调速的天车控制电路中虽然有凸轮控制器过
7、零位抱闸断电的设计，但无法满足抱闸的机械响应时间，达不到将预期效果。如果在此位置增加时间继电器又将人为设置危险因素或增加故障点，所以，利用PLC程序控制的条件设置方式，就可以实现精确控制。2.1.2 如图4所示：在主钩下降控制过程中，当控制3档向2档方向的切换时，一旦出现上升接触器触点烧蚀或线圈短路，而抱闸接触器按正常情况保持得电状态，天车操作工的应急处理方式不得当，此时抱闸又处于打开状态，吊装物将直接呈自由坠落状态，后果不堪设想。针对此情况，只需在PLC外围输入端连接主钩上升下降接触器和抱闸接触器的常开触点，在PLC的运行程序中编入“主钩上升下降接触器和抱闸接触器的联锁控制”的控制程序，就可
8、以避免上述故障发生。图42.2 用PLC的控制程序来遵循电动机机械特性的控制方法在起重电机切阻控制作用，目的是改变电动机的机械特性，利于电动机的启动提升。但在实际操作中，因为时间继电器调整参数不够精确，加上生产环境的恶劣，最终是将时间继电器拆除，完全交由天车操作工依照经验进行控制，越是工作时间长的操作工就越是喜欢直接打满档运行，殊不知其实这样的操作并不能让电动机加快启动速度，反而造成电动机的“堵转”现象常态运行，即浪费了能源又加速了电动机的老化，人为增加了故障时间。完全是“不了解电动机特性”造成的浪费。由PLC控制的天车控制程序中，可以根据天车操作工打满档的习惯，在PLC的输出指令里根据电动机
9、机械特性曲线设置每一档的运行时间，保证电动机有足够的时间达到该档位应有的电磁转矩后，再自动切入下一档的切阻运行，让电动机的运转快速而平顺。在现场运用时，可根据电动机切阻的额定功率大小实测每一档的工作电流后设置运行时间，PLC控制的运行时间可以精确到百分之一秒，且不受外部恶劣环境的影响，又无需改变天车操作工的操作习惯，就像把一辆手动挂档的汽车改造成自动档的车一样。即使该天车用于实习生或者新手练习，也不会因为误操作而损坏天车，因为天车的控制程序是根据有经验的天车操作工的正确操作方法而编制的，所以不会出现误操作损坏天车的情况发生。3.改造后的实施效果在2010年9月，废钢料场实施改造了一台用PLC控制的20T天车。在未改造前，该天车的故障率平均两天出现一次，大多数为大车电气故障。由培训中心提供优化后的PLC控制程序，加之该厂的天车维修电工两人用两个工作日的时间进行工程实施，完成改造任务。改造后据该天车操作工反映，跟原来操作没有任何区别，没有觉得天车动作迟缓或操作不习惯的情况，由去年9月运行至今，仅出现两次机械故障停车，电气部分工作状况良好。直接故障率下降了95%，提高工作效率明显。目前，各分厂天车应用PLC优化操作程序的还尚未普及，其原因多种多样。但由转炉料场天车改造后取得的实际情况看，优化天车操作流程，是能够在能源、人力、降低设备故障率和节约维修费用上取得显著的效果。