11.2.1 Управление мостовой крановой установкой

На рисунке 11.1 приведена схема наиболее распространенного в промышленности мостового крана, состоящего из следующих составных частей: кабины управления 1, механизма передвижения крана 2, кабеля электропитания грузовой тележки 3, электрооборудования 4, моста крана 5, грузовой тележки 6, уста­новки главного токоприемника 7, кабины для обслуживания трол­леев 8.

Рисунок 11.1

Крановый мост опирается на ходовые колеса и перемещается по подкрановым путям, уложенным на выступах верхней части стены цеха. Ходовые колеса крана приводятся во вращение механизмами передвижения крана, которые состоят из раздельных приводов, установленных на площадках пролетного строения моста.

Тележка движется по двум рельсам, закрепленным на глав­ных балках моста. Электрооборудование размещено на площадках моста, на тележке и в кабине управления. Питание крана осуще­ствляется через жесткие уголковые троллеи, размещенные вдоль подкрановых путей.

Питание механизмов тележки осуществляется через гибкий кабель, подвешенный на специальном монорельсовом пути при помощи подвижных кареток.

Режим работы грузоподъемной машины циклический. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата машины в исходное положение для нового цикла. В цикле работы крана время включения (работы) любого из его механизмов чередуется с временем пауз этого механизма (пока включен другой механизм, происходит застроповка или расстроповка груза либо технологическая пауза).

В настоящее время применяются различные системы управления электроприводами мостовых кранов. Одной из наиболее совершенных является система электроприводов переменного тока с частотными преобразователями и управлением от контроллера, схема которой показана на рисунок 11.1. В качестве частотных преобразователей используются преобразователи MOVITRAC-31 С110-503-4-00 и С370-503-4-00 фирмы SEWErodrive, которые выполняются с промежуточным звеном постоянного тока и синусоидальной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения инвертора. Устройства подключаются непосредственно к трехфазной сети переменного тока напряжением от 3×380 до 3×500 В и частотой 50 (60) Гц. Они обеспечивают изменение трехфазного выходного напряжения до значения напряжения сети с пропорционально увеличивающейся выходной частотой до настраиваемого значения базовой частоты, находящейся в интервале 50...150 Гц (для специальных характеристик от 5 до 400 Гц). Эта особенность позволяет управлять трехфаз­ными АД с постоянным моментом до достижения номинальной частоты, а выше нее – с постоянной мощностью.

Пост оператора реализован на базе клавишной панели FBG 31С-01, в состав которой входят текстовый дисплей с подсвет­кой, тремя языками на выбор и мембранная панель с шестью клавишами. На дисплей выводятся расширенное и краткое меню параметров. Клавишная панель обеспечивает: отображение выход­ной частоты, тока, температуры и других измеряемых величин; фиксацию неисправностей; считывание и коррекцию всех пара­метров; сохранение данных. Для управления механизмами подъема и передвижения исполь­зуются эргономичные ручные манипуляторы типа «джойстик».

Система управления электроприводами мостового крана реа­лизована на контроллере с возможностью его связи с ПК по пос­ледовательному интерфейсу RS-485 для обмена информацией с верхним уровнем управления и уровнем дистанционного управ­ления.

11.2.2 Система управления козловым краном

Козловые краны применяют в основном при строительстве зда­ний, погрузке и разгрузке судов в морских или речных портах. Выполнение погрузочно-разгрузочных и других видов работ обес­печивают несколько электроприводов различной мощности. В ка­честве приводов применяют электродвигатели переменного тока с регулированием от преобразователя частоты. Рассмотрим систе­му управления козловым (портальным) полноповоротным кра­ном типа «Сокол».

Схема крана представлена на рисунке 11.2, где 1 – механизм разво­рота грузовой траверсы; 2 – механизм изменения вылета стрелы; 3— машинное отделение; 4,8 – механизмы поворота; 5— барабан для намотки кабеля; 6 — кабина; 7 – центральный токосъемник; 9, 15— тупиковые концевые выключатели; 10 — концевой выклю­чатель кабеля; 11,14— механизмы передвижения; 12,13— рельсо­вые захваты; 16 — концевой выключатель перепасовки.

Рисунок 11.2

В машинном отделении размещаются: пульт управления, стан­ция оператора (дисплей ОР27), электродвигатели переменного тока механизмов подъема и механизма замыкания, электродвигатели вентиляторов, толкатели тормозов, преобразователи частоты, кон­троллер с интеллектуальными модулями ввода и вывода, кабель­ный канал связи контроллера с пультами управления, станция управления замыканием грейфера.

Система управления краном построена на базе контроллера SIMATIC S7-400 фирмы Siemens. Все управление ме­ханизмами осуществляется с использованием промышленных се­тей Sinec L2 и Profibus-DP. Связь основных подсистем системы управления осуществляется посредством интеллектуального мо­дуля ЕТ200Н и вышеперечисленных сетей. Система управления реализует следующие алгоритмы работы: управление подъемным и замыкающим приводом крана, управление стрелой, управление поворотом, управление передви­жением крана, управление рельсовыми захватами, одновремен­ная работа нескольких механизмов, аварийный режим.

2. Системы управления лифтами

Основными частями лиф­та являются: лебедка, каби­на, противовес, направляю­щие для кабины и противо­веса, двери шахты, ограни­читель скорости, тяговые ка­наты и канат ограничителя скорости, узлы и детали при­ямка, электрооборудование (включая систему управления).

В механизмах подъема лифтов применяют различные типы элек­троприводов.

В нерегулируемом приводе используют одно- и двухскоростные двигатели переменного тока. Односкоростной нерегулируемый асинхронный привод применяется в тихоходных лифтах с невысокими требованиями к точности остановки кабины. Силовая схе­ма привода включает в себя односкоростной асинхронный двига­тель с короткозамкнутым ротором. Контакторы обеспечивают вклю­чение двигателя для движения кабины вверх и вниз за счет изме­нения чередования фаз питающего напряжения. Электромагнит­ный тормоз получает питание через выпрямитель и обеспечивает отпускание тормоза при включении привода и ввод в действие тормоза при отключении привода, когда кабина подходит к этажу назначения.

В двухскоростном асинхронном приводе лифта используется двигатель с короткозамкнутым ротором и двумя статорными обмотками большой и малой скорости. В обмотке малой скорости лифтовых двигателей число пар полюсов обычно в три, четыре или шесть раз превышает число пар полюсов обмотки большой скорости, что обусловливает уменьшенную в такое же число раз синхронную скорость.

Регулируемый привод постоянного тока обеспечивает аналогич­ные условия и применяется для формирования диаграммы дви­жения кабины лифта, близкой к оптимальной, а также высокую точность остановки кабины.

В современных лифтах используются два принципа управления: разомкнутый и замкнутый. При разомкнутом принципе для управления приводом лебедки используются сигналы, формируемые в логической управляющей системе (станции управления). Возможные изменения параметров кабины и лебедки в процессе работы не учитываются.

Замкнутый принцип позволяет учитывать все изменения парамет­ров и управлять приводом по сигналам, получаемым от логичес­кой управляющей системы, а также учитывать результаты функ­ционирования привода. Вследствие этого система управления приводом дает возможность увеличить точность останов­ки, повысить плавность движения кабины.

Система частотного регулирования ско­рости асинхронного электропривода OVF 20 фирмы Otis выполнена на основе ШИМ и состоит из двух основных узлов: управляющей платы МСВ II и силовой части. Функциональная схема OVF 20 представлена на рис. 11.3.

Си­ловая часть состоит из схемы подключения к электрической сети и преобразователя, состоящего из неуправляемого трехфазного двухполупериодного выпрямителя, линии связи по постоянному току и трехфазного инвертора. Напряжение трехфазной электрической сети выпрямляется и сглаживается фильтром в линии связи по постоянному току, пос­ле чего транзисторный инвертор с помощью заданной последовательности коммутации IGBT-транзисторов преобразует напряжение посто­янного тока посредством ШИМ в трехфазное переменное напря­жение с переменной частотой. Транзисторы обеспечивают высо­кую скорость переключения (с несущей частотой 10 кГц).

Рисунок 11.3

Информация о выходных значениях принимается с датчика скорости BR, находящегося на валу электродвигателя. Применя­ется двухканальный (трековый) энкодер со сдвигом фаз сигналов на 90° GBA633A1 (по 1024 импульса на каждый трек). Контроллер MCS 220 обменивается сигналами с OVF20 (сигнал управления VI... V4, кодируемый четырьмя бита­ми; UIB, DIB, NOR – сигналы, кодируемые одним битом каждый; сигналы текущего состояния лифта DS1... DS3, кодируемые тремя битами). Сигналы UIB, DIB, NOR представляют собой дан­ные, определяющие начальное состояние системы OVF 20 перед работой, т. е. лифт работает в режиме обучения «вверх—вниз» или в нормальном режиме.

Замкнутый контур контроля скорости гарантирует точное и комфортное поведение привода в каждый момент работы. Изме­ренная скорость электродвигателя вводится в регулятор скорости типа ПИ-регулятора. Динамическая точность регулирования ско­рости (время устранения системой регулирования ошибки по ско­рости) высока.

Алгоритм работы системы управления (рисунок 11.4) состоит из основного алгоритма, алгоритма подпрограмм, реализующих различные ре­жимы работы системы управления (ревизии, деблокировки, управления из машинного помещения, нормальной работы, по­жарной опасности), и алгоритмов дополнительных подпрограмм, реализующих типовые действия, производимые в режиме нор­мальной работы (движение лифта по приказу, остановка каби­ны на этаже).

Рисунок 11.4

Алгоритм начинается с включения лифта и работу (блок 1), после чего начинается постоянный контроль цепи безопасности (2). Если цепь разомкнута, происходит ава­рийная остановка лифта (3). В зависимости от причины аварийной остановки применяется режим деблокировки (5), если кабина лифта установилась на ловители или конечные выключатели, либо производится определение и устранение другого рода сбоя в системе (6). Блоки 7...9 определяют необходимость вклю­чения того или иного режима работы лифта, блоки 10...12 реа­лизуют соответствующие подпрограммы. Программа продолжает свою работу до тех пор, пока не будет выполнен принудитель­ный останов лифта.

Схема алгоритма подпрограммы, реализующей режим нормаль­ной работы, приведена на рисунке 11.5.

Рисунок 11.5

В этом режиме производятся контроль пожарной безопасности (2), регистрация и выполнение всех вызовов и приказов, контроль загруженности кабины. Этот алгоритм составлен с учетом работы системы с собирательным управлением вниз, т.е. выполняются попутные вызовы при движении кабины вниз (если загрузка менее 90 % от номинальной), Таким образом, в подпрограмме реализуются ожидание и регист­рация вызова (3, 4), проверка нахождения кабины лифта на этаже вызова (5). В зависимости от этого осуществляется открытие дверей кабины с последующей работой лифта по приказу (6, 7) или проверяется условие занятости кабины (8). Если кабина сво­бодна, то блоки 9… 20 осуществляют выбор направления движе­ния кабины и в зависимости от этого после получения приказа выполняются попутные вызовы при движении вниз (если они за­регистрированы) (14...20) или движение кабины на наивысший из этажей, с которых поступили вызовы, а затем после получе­ния приказа собирательное управление для движения вниз.

Если при регистрации вызова кабина занята, вызов выполня­ется при попутном следовании кабины при условии, что она за­гружена менее чем на 90 % номинальной загрузки. В противном случае (рисунок 11.6) ожидают, пока кабина не освободится или не проследует в попутном направлении, загруженная менее чем на 90% (21...29).

Рисунок 11.6