桥式抓斗四绳同步电气改造方案.doc

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1、桥式抓斗电气改造方案一、改造原因该桥式抓斗的拖动系统采用绕线式交流异步电动机，转子回路内串入多级外接电阻来分级调速，采联动台控制器、继电器一接触器控制，这种调速方式实现简单，但是存在诸多缺点：(1)绕线型转子串电阻的调速机械特性软，调速性能差。(2)串电阻调速是一种有级调速方式，通过接触器的分合完成对转子串联电阻的切换，从而调整电机的转速，在进行切换时会对电网及行车的机械部分带来不可避免的冲击。(3)主回路中采用正反转接触器实现电机换向，实际操作中操作者为了调整抓斗的工作状态，频繁采用反接制动(俗称打反车)，切换电流大，接触器和电动机的工作状态恶劣,设备检修费用高。(4)由于工作环境差，粉

2、尘和有害气体对电动机的集电环、电刷之间造成接触不良，电刷冒火，导致电动机转子及所串电阻烧损。(5)抓斗启动调速是转子所串电阻为纯耗能元件，浪费大量电能。另外由于调电阻的限制，调速范围窄，启动转矩小，延长了启动时间，造成提升和开闭机构协同配合不好，钢丝绳的损坏率高，机械冲击严重；机械制动器磨损严重，制动轮和制动片更换频繁。由于上述缺点该抓斗电气控制已不能满足频繁的生产需求，对其电气系统的改造已迫在眉睫。二、方案设计对抓斗机构由提升和闭合机构协同配合完成工作，两机构同时受力时，抓斗处于闭合状体，提升机构受力闭合机构松弛时，抓斗处于张开状态，闭合机构单独受力时，抓斗由张开变为闭合抓取物料。在抓斗

3、满载提升时，需要两机构共同承担位能提升载荷，要求负载平衡分配。因此两机构在满斗提升期间要用到主一从负载分配控制模式，其中闭合机构为主机构，采用速度控制，提升机构为从机构，采用转矩控制。而在抓斗张开下放期间，则要求两机构同速下放，且闭合机构不受力，因此两机构都应该是速度控制。抓斗在抓取动作时，随着抓斗的闭合，整个抓斗还要同时下沉，才能抓取满斗。下沉动作是自然形成的，但在抓取期间提升机构不能限制下沉。若抓取时提升机构钢丝绳处于松弛状态抓斗容易倒下，同样不能抓取满斗。在抓取动作期间，抓斗提升机构处于转矩控制且提供一个很小的转矩输出，使其刚好能够保证抓斗不倒下，同时又不限制抓斗下沉,就能够满足要求

4、，这就是“沉抓”功能。闭合机构总处于速度控制模式，提升机构在抓取动作时输出微转矩，在满载提升时跟随闭合机构的转矩，在抓斗张开放下时处于速度控制模式，这就是两提升机构的控制原则。作为高速频繁作业设备，对动态响应能力有要求，但不要求及低速定位，适合采用无速度传感器失量控制，选择日本安川G7系列变频器，该变频器的无速度传感器矢量控制模式工具有转矩控制功能，能够成主一从负载分配控制，并实现“沉抓J三、控制对象(1)提升电动机:YZR-280M-8/55KW闭合电动机：YZR-280M-8/55KW(2)大车电动机：YZR-160L-6/11KWX2(3)小车电动机:YZR-160M2-6/7.5K

5、W四、变频器的选择电流120A电流120A电流25Ax2=50A电流18A为适当提高加速度，以改善作业效率，按电动机的额定电流的1.2倍，提升、闭合变频器120Axl.2=144A,查阅样本选自G7A4075大小车机构为非位能机构，大车两台电动机驱动可采用群拖方式因此应采用V/F控制模式，大车电机电流25Ax2xl.2=60A，查阅样本选择F7-4030;小车电动机电流，18Axl.2=21.6A查阅样本选择F7-4011o五、制动电阻器的选择各机构均按照全配置设置制动电路。由于作业循环周期短，制动电阻功率可按照常规配置，可根据公式Rxd=2^计Ierf算，Icrf是变频器的额定电流，72

6、0是制动运行时的直流电压上限；提升、闭合的制动电阻值应为4.3Q,电阻功率选电动机功率的一半28KW;大车制动电阻值应为11O11KW;小车制动电阻值应为4805KW。六、控制系统设计整个系统由一台小型PLC控制，选择欧姆龙公司CPM2A系列PLC配置，开关量I/O需求大约为60点；其中：开关量输入信号包括操作信号、限位信号，各变频器的运行、故障及零速信号，开关量输出包括故障显示，制动接触器动作,各变频器正转、反转多段速等PLC与联动操作台的主要信号连接是各操作杆的操作信号，设计采用的是联动操作杆，大车、小车操作共用一个操作杆，提升、闭合机构共用一个操作杆；各机构均为双向动作每个方向有三个

7、速度档，PLC与变频器的信号交换数量比较多；变频器以开关量输出送给PLC的信号需三个即运行信、号故障信号和零速信号，其中运行信号和零速型号是PLC控制机械制动闸瓦动作的依据。变频器以开关量输从PLC接收的信号，包括正向和反向运行信号，多段速度指令、限位动作时的特殊行车指令，提升机构转矩/速度控制的切换指令,闭合机构为加快抓取效率的第二速度指令等。参见图（提升机构的电气原理详图）图中的K03和K21-K26由PLC控制，其