使用西門子交流調壓調速裝置及PROFIBUS網絡控制．對橋式起重機的行走和起升機構進行調速與監控，并獲得平滑的調速效果，減小機械部件的沖擊。降低了橋式起重機的故障率，增加了橋式起重機的安全系數。  

     在珠江鋼鐵公司煉鋼部，橋式起重機(亦稱行車)是重要生產設備，它擔負著吊運各種生產設備、物資的任務，如果出現故障，將嚴重影響生產。

    系統概述

      珠江鋼鐵公司煉鋼部2#行車為150 t橋式起重機，擔負著煉鋼部兩條生產線的所有鋼包的吊運工作，具有4個運行機構：大車南／北行走，小車東／西行走，主起升升降，副起升升降。其中大車由4臺37 kW電動機驅動，小車由2臺22 kW電動機驅動，主起升由2臺200 kW電動機驅動，副起升由1臺110 kW電動機驅動。這9臺電動機均為繞線轉子異步電動機。每個運行機構都有4個不同的速度檔位，除了主起升機構采用ABB定子調壓裝置控制外，其他機構通過切換轉子回路電阻來實現速度的調整，為有級調速。

      電氣系統由刀開關、低壓斷路器、接觸器、電流繼電器、時間繼電器、凸輪控制器、限位開關、ABB定子調壓裝置及測速電動機等各電氣元件組成。保護類型主要有如下幾種：

    1)零位保護。所有機構的凸輪控制器的零位觸頭串聯在一起，只有所有凸輪控制器手柄全在零位時，才允許接通電源。

    2)安全門限位保護。該橋式起重機有4個大車端梁門限位、1個駕駛室門限位。任何一個門限位被觸動(門被打開)，行車自動切斷電源、停止運行，保證人上下車時的安全。

    3)各運行機構限位開關。由于2#行車大車為南北雙向行走，且南北各有一臺行車，所以除大車機構使用紅外線防撞裝置外，主起升、副起升和小車機構均有雙向預限位和停止限位保護。其中起升機構比行走機構多出一個上極限保護，即重錘保護。當預限位動作后，將給出減速信號，停止限位動作后給出停止信號，但不影響反向操作命令的正常執行。當起升機構的重錘保護開關動作后，整車電源全部跳停，無法送電，必須由人工將重錘開關手柄抬起，同時操作機構下降至脫離重錘開關后恢復正常操作。

    4)急停開關。在駕駛操作臺上設置急停開關，當急停開關被按下時，整車電源被切斷，停止所有機構動作，同時所有制動器自動制動。

    5)失壓保護。當橋失起重機電壓下降過多甚至斷電，主接觸器將自動釋放，切斷總電源。

    6)過電流保護。當380V動力供電回路出現過電流時(如電動機過電流)，過流繼電器動作斷開電源。

    7)短路保護，低壓斷路器起短路保護作用，當橋失起重機內部發生嚴重短路事故時，切斷該回路電源，防止事故擴大。

      由于系統中除了主起升采用ABB調壓裝置外，其他機構均采用接觸器控制，使用了大量的接觸器和繼電器等元件。工作時，這些元件動作頻繁，且每次動作均會產生振動，所以類似觸頭磨損、觸頭接觸不良及線圈過熱以至燒毀和接線端子松脫等故障頻繁出現。由于調速簡單，沖擊大，機械部件磨損也比其他行車嚴重，甚至出現過電動機軸斷裂事故。這些因素導致設備維護工作量大，設備開通率低及存在安全隱患，給生產的帶來很大的影響。

    系統改造方案的選擇

      目前橋式起重機電氣系統較常用的方案有3種：交流調壓調速系統、交流變頻調速系統和直流調速系統，均為非傳統全數字化的調速系統。結合現有設備情況及對交流調壓調速和變頻調速做了如下對比。

      針對現場設備，若選擇交流調壓調速系統，則只需要對電氣梁內的控制回路進行改造即可，仍可保留轉子回路的電阻及所有電動機；若選擇變頻調速系統，則所有的電動機均需要改造、更換，幾乎所有電氣設備需要更換，原有設備庫存備件也將淘汰。所以最后我們選擇了采用交流調壓調速系統。

    交流調壓調速系統具有如下優、缺點。

    1)改變電動機的供電電壓將大大影響電動機的輸出轉矩，交流調壓調速必須在速度閉環下使用。

    2)交流調壓調速是部分在速度閉環下運行、部分在速度開環下運行。

    3)能量消耗大。

    4)帶有轉子電阻，故障率高、占用空間較大。

    5)高次諧波、特別是產生的缺口對電網影響很大。

    6)適合于繞線轉子異步電動機的改造，此時用變頻調速不是好的選擇。

    7)對電源要求不高，滑線供電的起重機適合使用交流調壓調速系統。

    8)初投資低，可靠性高。

    系統改造過程

    1．硬件配置

      改造后保留原電動機及其電阻。原電氣控制系統拆除，保留所有限位開關、安全門限位，重錘限位、急停開關。保留原有凸輪控制器，并增加一套德國HBC無線遙控系統，通過駕駛室內一開關進行操作方式的選擇(駕駛室操作／遙控操作)。大車、小車和副起升機構各增加一臺西門子調壓調速裝置作為動力驅動控制，各增加編碼器一臺用做閉環控制的速度檢測。由于主起升機構兩臺電動機容量較大，且考慮到在故障狀態下的單電動機運行，故分別使用兩臺調壓調速裝置，同時增加兩臺編碼器用做速度檢測。每個機構的速度分為10％、25％、40％和100％4個擋位。增加一套西門子PLC300系統，加入PROFIBUS網絡控制，大大縮小了繼電器的使用量。在駕駛室增加一ET200和PLC通信，減少了駕駛室至電氣梁的電纜。電氣梁內增設MP370觸摸式操作面板用于整車電氣系統的監控。

      PLC作為邏輯控制核心，也是PROFIBUS網絡中的主站，幾乎所有外圍信號(限位信號、凸輪控制器擋位信號、遙控信號、調壓調速裝置反饋信號)均由PLC輸入模塊輸入。PLC的輸出信號通過輸出模塊輸出，通過PROFIBUS網絡傳送數據塊給調壓調速裝置，比如擋位命令信號，來控制調壓調速裝置如何輸出轉矩；另外一部分信號輸出到接觸器、繼電器來控制調壓調速裝置的通、斷電。

    2．改造前后故障處理方法比較

    1)重錘限位開關動作后的復位。之前由于安全回路設計的不同，每次重錘限位開關動作后需要人工將重錘手柄抬起同時下降起升機構，直至重錘開關手柄能自動復位，這樣耗時較長。通過對安全回路的優化，當重錘限位開關動作后仍能達到總電源跳停的目的，但重新送電后不能操作其上升動作，只可操作其下降，離開重錘限位開關后恢復正常操作。

    2)改造前對故障的判斷只能通過繼電器的動作來判斷。改造后由于增加了調壓調速裝置，當裝置檢測到系統的電流、電壓、反饋信號異常時，會自動停止輸出，并在顯示窗口顯示故障代碼，然后根據故障代碼來快速排查故障。

    3)改造前只有一種操作方式即駕駛室操作，改造后有駕駛室操作和遙控操作兩種方式。當一種操作方式存在故障，且難以判斷時，可改用另外一種操作方式以解決問題。

    4)改造前主起升只有一臺ABB調壓調速裝置控制兩臺電動機，一旦在生產過程中出現故障，就只能等故障解決后才能進行后續工作流程。現在2臺電動機分別由2臺西門子調壓調速裝置控制，可獨立完成一個周期的工作，確保了生產的安全和順行。