天车电气控制系统改造
天车电气控制系统改造【1】
摘 要：针对天车使用过程中，继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、电器元件损耗大的问题进行分析，通过采用了PLC代替继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，对天车进行改造，效果显著，解决了实际问题。
关键词：天车 PLC 变频器 电动机
前言：天车是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运的设备，在生产过程中有着重要应用。
它是由大车、小车、减速机、电动机、控制系统等设备构成。
它的运转情况直接影响到正常生产，甚至涉及到工人的人身安全。
一、 天车常见问题
1、起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重。
2、设备使用寿命缩短，安全系数较差，运行可靠性低。
3、容易造成电能的浪费。
4、起重机工作量大，切换十分频繁，触头容易烧坏。
同时因工作环境恶劣，转子回路串接的铜电阻经常烧坏、断裂。
设备故障率比较高，维修工作量比较大。
5、升降电动机有时会受力不均匀，易过载，直接造成电机损坏或者钢丝绳断裂。
6、起重机经常性的反复操作，终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
7、起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。
劳动强度大，容易疲劳和误操作。
针对以上不足，本次改造的起重机采用PLC和继电器----接触器控制，电动机调速方式采用变频调速，可实现了起重机的电气自动化控制。
二、改造方案
交流电动机的调速方式很多，综合各种性能最佳者为变频调速方式。
(一)拖动系统
1、电动机选型：
大车与小车所用电动机选用普通的笼型转子异步电动机即可， 升降用电动机，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。
2、调速方法
目前国际上最先进的就是变频调速。
变频后转速可以分档控制，改进中对主钩电动机可采用分几段速度运行，从低到高逐步切换，这样，就能有效的防止了电动机的全矩启动。
3、制动方式
(二)采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。
1)首先，通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到0;
2)对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间，而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰，因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。
(三)变频调速系统的控制要点
天车拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行走及速度档位;小车的前、后行走及速度档位;起重机的升、降及速度档位等。
所有这些，都可以通过程序PLC进行无触点控制。
天车控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。
在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
防止溜钩控制需要注意的是：
1)电磁制动器在通电到断电(或从断电到通电)之间是需要时间的，因此，变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。
2)变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生“过流”而跳闸的误动作。
三.采用变频调速的优点
1.变频器调速系统的保护功能强
1)变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式;
2)使用变频器，可以进行电机的软启动，而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速;另外对电机的一些参数做到补偿;对电源|稳压器的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时很准确的检测而自动采取应变措施保护电机;
2.工作可靠性显著提高
1)电磁铁的寿命可延长
原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的，采用变频调速后，可以在基本停住的状态下进行抱闸，闸皮的磨损可减小;
2)操作手柄不易损坏
原系统的操作手柄因常常受力过大，易损件。
采用变频调速后，操作手柄的受力将大大的减小，不容易损坏;
3)控制系统的故障率大为下降
原系统是由于十分复杂的接触器、继电器系统进行控制的，故障率较高。
采用了变频调速控制系统后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。
4)节能效果十分显著， 转子回路的采用变频调速系统后，非但外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，并且在起重机放下重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源。
5)调速质量明显提高 ，并且调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率。
6)可简化传动链 能进行无级调速，可省去减速箱，使传动链结构简单，设计标准化。
3.PLC的特点：
PLC按控制程序来对起重机各种工况进行协调，并决定其工作状态。
工作可靠，扫描速度快，控制灵活。
具有体积小，结构紧凑;硬件资源丰富，执行速度高;独特的抗干扰设计，数据的掉电保护功能;板件严格的三防处理，适应恶劣现场环境。
四、效果
针对原控制系统中的不足，经过改造后的变频调速控制系统具有以下几个优点：
1.变频器调速控制系统的保护功能强
2.工作可靠性显著提高，
3.节能效果十分可观
4.调速质量明显提高，具有很高的定位精度和运行效率。
5.可简化传动链，实现进行无级调速，
五、结束语
通过对天车电气控制系统的改造，解决了原设计中存在的问题，实现了安全生产和节能降耗。
电气控制系统改造施工技术【2】
摘要：随着科学技术的发展，传统机床的应用已经难以满足现代工厂的需求，机床的改进迫在眉睫，而通过使用PLC设计机床电气控制系统，可以提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的良品率和生产效率。
本文主要解析万能铣床电气控制系统的改造技术，为机床设计人员提供参考。
关键词：电气控制系统，改造施工，技术解析
一.前言
随着社会经济水平的不断发展，机床作为现代工业加工不可缺少的一部分，需要谋求更多的创新和改良，才能适应社会的不断进步。
PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、扩展性好、组态灵活、维修方便等诸多优点，在机床电气控制系统改造具有重要的作用意义。
下面将进一步介绍关于PLC在万能铣床电气控制系统中的改造技术。
二.万能铣床的电气控制要求及其改造原则
1.万能铣床的电气控制要求
万能铣床的电气控制应满足以下要求：
(一)X62W万能铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
(二)为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正反转。
(三)为了提高主轴旋转的均匀性，并消除铣削加工时的振动，主轴上装有飞轮。
这使主轴转动惯量较大。
因此，要求主轴电动机有停车制动控制装置。
(四)为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。
X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电机瞬时冲动。
(五)进给运动和主轴运动应有电气连锁。
为了防止主轴未转动时工作台将工件送进，损坏刀具或工件，进给运动应在铣刀旋转之后才能进行。
为了降低加工工件的表面粗糙度，必须在铣刀停转前停止进给运动。
(六)工作台在6个方向上运动要有连锁，使工作台在上、下、左、右、前、后6个方向上，只能有一个方向的进给运动。
(七)为了适应工作台在6个方向上运动的要求，进给电动机应能正反转。
快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。
(八)圆工作台运动只需一个转向，且与工作台进给运动要有连锁，不能同时进行。
(九)冷却泵电动机M3只要求单方向转动。
(十)为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。
2.万能铣床的改造原则
(一)控制系统的电气操作方法不变。
(二)电气系统的控制元件不变。
(三)控制线路热继电器控制不变。
(四)指示灯接线不变。
(五)变速箱结构和操作方法不变。
(六)铣床工艺不变。
(七)原继电器控制中的硬件接线用软件来实现。
三.万能铣床的电气控制系统改造
1.改造规划
保留原有电气控制主电路，所有输入、输出设备不变。
2.PLC的选择
X62W铣床经PLC改造后，PLC输入、输出端口的总个数为22个。
依据工程经验，要预留端口总数的10%作为备用端口，同时还要预留报警电路和故障显示电路端口，功能扩展端口和工艺控制等问题所需的端口，选用I/O总端口数为48个的三菱FX2N一48MR型号的PLC比较合适。
其输入端口数为24个，输出端口数为24个。
3.硬件电路设计
根据万能铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC检测的输入信号有6个按钮，2个选择开关，8个行程开关，共计l6个。
PLC输出控制信号有：3个电磁离合器，3个继电器，共6个。
因此，选用FXlS一30MR(继电器输出，整体式)PLC能满足控制要求。
PLC的FX1S～30MR通道分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的目的。
4.PLC的控制软件设计
根据机床控制要求，进行PLC控制软件设计。
在应用PLC进行设计过程中，运用了1个辅助继电器，用来简化程序的设计，在编制程序的过程中，充分考虑了系统的安全性，运用了具有互锁功能的设计，如串联了Y001、Y002常闭触点，用来完成对KM2、KM3的保护控制，从而提高了整个机床控制系统运行的可靠性，在程序设计中，将不同控制方式的程序分别编写，这样使程序结构清晰，编程方便。
四.PLC改造过程中需注意的问题
1.t/O点的合理分配
PLC的I/0点地址应根据输入设备和输出设备的数量和型号来分配，以便绘制接线图和编写程序。
特别是PLC的输出点，独立输出时不同输出点需要独立的电源供电，并且各输出点之间必须做好相互隔离，而分组输出时不同输出点则可以共用电源供电。
另外，选购PLC时一般要在实际需要点数的基础上留有至少10%～15%的裕量，以方便系统的升级和扩展使用。
2.PLC输出类型的匹配
在改造中要保证外围设备与PLC的输出类型相匹配。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，可确定输出端是采用继电器输出，晶体管还是晶闸管输出。
不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行尤为重要。
对于机床控制系统的改造，多数情况下系统的输出频率在6次/min以下，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。
3.必要的硬件保护措施
为实现更有效、更稳妥的保护。
继电器、接触器的触点应进行必要的硬件互锁保护。
比如：在PLC的梯形图程序中，虽然电动机正反转控制已经进行了软件互锁保护，但主电路中的交流接触器主触点常因通过电流大、使用时间长而发生熔焊，以致不能有效断开，这就可能造成电动机电源端短路情况发生，所以增加接触器正、反转主触点之间的硬件互锁是避免电源端短路的有效方法。