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3种自动纠偏系统,防止起重机行走机构偏斜引发事故

作者:     来源:     发布时间:2021-04-02 14:40:00

大跨度起重机行走机构因两侧行走机构运行不同步会引起偏斜,此偏斜会引发行走机构车轮啃轨而出现车轮或轨道损坏,从而导致正常运行受阻,严重时可能会发生安全事故。针对上述问题给出了几种自动纠偏系统控制方案,介绍了纠偏系统的控制原理,并详细介绍了各种纠偏控制系统硬件组成、安装简图、实现方法及其优缺点,以便于起重机研发设计人员更好的开展工作。

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大跨度起重机行走机构的驱动往往是采用两侧加装主动电动机,通过一台变频器同时拖动两台电动机进行调速控制。电动机厂家在电动机制作过程中因制作工艺受限而不能保证各电动机额定转速完全一致。这样就带来了两侧行走机构一侧运行快一侧运行慢的情况,起重机运行会出现偏斜现象,即两侧产生速度差,使车轮在运行过程中与轨道产生摩擦,加速轮缘的磨损。

当速度差累积到一定程度便会出现车轮啃轨现象,轻者会出现相应车轮及行走轨道损坏或报废,导致起重机不能正常运行,更为严重时可能会发生人身及机械安全事故。对此GB/T 3811-2008《起重机设计规范》也明文规定:跨度大于40m的门式起重机和装卸桥应装设偏斜指示器或限制器。当两侧支腿运行不同步而发生偏斜时,能向司机指示偏斜情况,在达到设计规定值时,还应使运行偏斜得到调整和纠正。

为了解决上述这一问题,必须从两侧的速度控制入手,进而实现运行的速度同步,消除两侧的速度差,抑制偏斜。本文就自动纠偏控制系统的原理起始,列举了几种自动纠偏控制系统,配合简图详细介绍了各控制系统的硬件组成及其实现方法。提供给起重机电气研发(设计)人员及现场操作人员作为参考。

自动纠偏系统的控制原理

下面以采用PLC控制的变频调速系统的运行机构为例,来介绍自动纠偏系统的控制原理。

自动纠偏控制系统的实现是采用两台变频器对起重机行走机构两侧的电动机分别加以驱动,通过在行走机构两侧增设的一些列检测装置,直接或间接检测两侧电动机的运行速度或力矩,将两侧检测装置检测的结果经过PLC相应的程序算法进行比较运算,分别控制各侧的变频器,对两侧的行走机构运行进行速度补偿控制,形成两侧的速度闭环控制。

当两侧行走出现偏斜导致行走轮轮缘与轨道摩擦时,变频器通过检测的结果进行速度的调节。通过速度控制,降低相对位置超前一侧车轮的转速,提高相对位置在后一侧车轮的转速,或者保持一侧车轮的转速不变,提高或降低另一侧车轮的转速,使两侧车轮的行程差始终在允许的范围内。这样就可以有效的防止啃轨现象的发生。实现两侧行走机构的同步运行,达到自动纠偏控制的目的。

自动纠偏控制系统方案

1 双侧行走梁自由轮编码器方案

1)硬件组成及安装简图

此方案的硬件组成主要包括:两台变频器、一台PLC、两只增量型编码器、两台自由轮、总线通讯组件、两只清零/复位传感器、对位点若干等。

安装简图见图1双侧行走梁自由轮编码器方案简图。

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图1 双侧行走梁自由轮编码器方案简图

2)控制方法

下面结合图1双侧行走梁自由轮加装编码器方案简图对控制方法加以说明。

在双侧行走梁上分别加装自由轮、增量型旋转编码器、清零/复位开关等。用PLC控制两侧的变频器,两侧电动机通过安装在自由轮上的编码器与变频器组成闭环控制系统,两侧编码器分别检测各侧行走电机的运行速度,并将此速度值反馈至各自变频器。同时,PLC通过总线系统检测两侧变频器的反馈的力矩,经过程序的比较运算过程,将力矩值折算成速度设定值,动态控制变频器力矩输出,实现自动纠偏控制。

其基本控制流程见图2两侧编码器方案控制流程图。

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图2 双侧编码器方案控制流程图

这里有两点注意问题:

一是自由轮不能出现打滑现象,可以加装配重、弹簧顶紧等措施,保证其与轨道面接触良好。不能用从动轮代替自由轮,更不能以电机主动轮作为自由轮,否则编码器检测值不准确。

二是由于起重机行走运行一段时间后,编码器检测到的位置信号可能会产生较大的累积误差,对此,系统配置时在两侧行走梁上分别设置了一只清零/复位传感器,配合一组或几组对位点,用于消除累积误差,确保系统的准确性。清零/复位传感器尽量不要使用光电开关等受外界干扰产生误动作的传感器。

3)方案的优缺点

采用两侧行走梁自由轮加装编码器是一种实际应用中较常用的解决纠偏的方案,其控制性能稳定,配置简单。但不能检测到两侧的行走梁同时偏斜所导致的整台起重机偏斜(即俗称的横移)。

2 单侧模拟量(间隙)传感器方案

1)硬件组成及安装简图

这一方案的硬件组成主要包括:两台变频器、一台PLC、两只模拟量间隙传感器、总线通讯组件等。

安装简图见图3单侧模拟量(间隙)传感器方案简图。

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图3 单侧模拟量(间隙)传感器方案简图

2)控制方法

结合图3可以看出,在单侧行走梁接近首尾两端位置分别加装一个模拟量传感器,这两个模拟量接近传感器用来测量端梁相应侧与轨道之间的间隙,通过检测到的间隙大小信号传递至PLC,通过PLC内部一系列的运算来判断起重机的偏斜及横移状态,以改变变频器的输出速度,校正运行姿态。实现纠偏与校正横移的自动控制。

3)方案的优缺点

采用此方案,即可检测偏斜,又可以检测整台起重机横移,控制效果更好。但是,此方案通过检测行走梁与轨道之间的间隙实现自动纠偏控制,这就对起重机行走轨道铺设的要求非常高。

3 行走梁端部模拟量(测距)传感器方案

1)硬件组成及安装简图

这一方案的硬件组成主要包括:两台变频器、一台PLC、两只激光测距传感器、总线通讯组件等。

安装简图见图4行走梁端部模拟量(激光测距)传感器方案简图。

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图4 行走梁端部模拟量(测距)传感器方案简图

2)控制方法

在两侧行走梁的同一首端或尾端分别加装一个测距传感器,测距传感器根据行走机构实际运行的最大距离选择相应的量程,长距离时建议选择长距离激光测距传感器。此方案与单侧模拟量(间隙)传感器方案相比,只是检测装置安装位置不同,其控制原理相同,在此不再介绍。

3)方案的优缺点

采用此方案,纠偏控制效果好,但不能实现整机横移纠偏,其配置成本较高。并且当测距传感器选择不当,易受环境因素的影响,不能达到纠偏的效果。如选用远红外测距传感器,当遇到大雾、粉尘等恶劣环境场合,会出现纠偏效果不好,或根本实现不了自动纠偏的目的。

结论

本文介绍的三种自动纠偏控制方案在大跨度门机、桥机行走纠偏应用中较为常见。

针对在采用方案一“双侧行走梁自由轮编码器方案”和方案三“行走梁端部模拟量(测距)传感器方案”时均可能出现整台起重机横移的现象,可以考虑在原方案配置不变的情况下在一侧行走梁增加一组间隙检测传感器,即与方案二“单侧模拟量(间隙)传感器方案”组合使用,以达到更完善的自动纠偏控制效果。另外可以考虑在行走轮的左右两侧加装水平导向轮,也可以有效的避免横移现象的发生。

除了文中介绍的三种纠偏方案外,还有其它几种纠偏控制方案:如主梁和行走梁之间加装角位移传感器、选用带纠偏卡的变频器、利用全球GPS定位系统等。起重机电气设计人员及现场技术人员在方案选用时应根据现场的实际情况、控制需求、成本核算等方面选择适合的方案,以达到最优的自动纠偏控制效果,从而避免啃轨现象及事故的发生。