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京沪铁路客运专线450t提梁机的电气控制技术

   日期:2017-09-07    
正在建设的京沪高速铁路客运专线双线铁路全长1318km,设计时速为350km/h,总投资2209.4亿元。全线桥梁所占的比例约为80.5%,以32m/900t混凝上箱梁为主,采用预制架设的方案,需要配备专业的提、运、架设备。桥梁的预制、运输,架设对设备的安全性、可靠性和稳定性提出了很高的要求。针对铁路客运专线梁场的需要,设计了2×450t轮轨式提梁机,该机的电气系统较以往的同类产品有较大改进。
  1、提梁机概况
  2×450t轮轨式提梁机由2台450t门式起重机组成,作业时2台门式起重机同时抬起箱梁、同步运行,用于架设最初的箱梁、拼装架桥机及将运梁车吊全桥面。
  该机额定起吊重量为450t,净跨宽为38m,净起升高度25m。大车金属结构由2片主梁、刚性支腿和柔性支腿等组成。起重小车由4套卷筒组、4套传动机构、4套滑轮组、1套吊具、2台小车架和小车走行机构等组成。可实现重载直行和通过小车移动实现箱梁横移。大车运行速度0~12m/min,小车运行速度0~8m/min,起升速度0~0.5m/min(满载)。
  450t提梁机结构如图1所示。

  2、提梁机电气系统  
  走行机构和起升机构采用变频技术,由PLC控制,整机功率约为160kW。
  电气系统框图如图2所示。

  2.1 电气驱动系统
  电气系统采用全变频驱动方式,采用日本安川变频器,该变频器具有针对起重机的特殊应用功能。
  (1)能通过程序直接设置成起重机功能模式,在终端对数字输出编程后即可作为制动控制信号,实现制动器顺序制动功能。以往不采用变频器控制时,往往启动电流和机械冲击很大,在时序配合不好时还会产生溜钩现象,起升和下放的速度无法控制。
  (2)具备高起动力矩、快速响应的功能,可在几毫秒内从零增加到全负荷力矩。
  正确选型情况下,能够可靠地提供最高达250%的电机力矩,包括在零速度或经过零速度时。
  (3)精确的速度控制和快速电气制动。
  (4)变频调速的特性和直流电机相同。基速以下调速机械特性是一组平行直线,特性硬、负荷变化时转速下降很小;载荷下降时,特性延伸到第4象限,处于再生制动,依旧保持电动状态时的特性硬度,不会出现溜钩现象。
  2.1.1大车走行驱动
  大车两侧走行驱动共采用8台变频电机(每侧各4台电机,型号为YZPEJ160M2-8,功率为5.5kw),分别由2台变频器来驱动每一侧的走行电机。选用日本安川CIMR~F784030变频器,采用V/F控制模式。其速度初步设定为20%、50%、100%的额定速度(可根据现场情况调整)。当大车运行速度由高速转向低速或回零时,电动机处在发电制动状态,这部分能量通过变频器制动单元经制动电阻发热消耗,运行机构制动减速。每台电机上自带有制动电磁铁,电气制动后再机械制动,以保证制动平稳无冲击。
  2.1.2小车走行驱动
  小车走行驱动共采用4台变频电机(型号为YZPEJ-8,功率为2.2kw),由1台变频器来驱动走行电机。选用日本安川CIMR-F784015变频器,采用V/F控制模式。其速度初步设定为20%、50%、100%的额定速度(可根据现场情况调整)。当小车运行速度由高速转向低速或回零时,电动机处于发电制动状态,这部分能量通过变频器制动单元(内置型)经制动电阻发热消耗,运行机构制动减速。
  2.1.3起升系统驱动
  起升系统有4套卷筒组,分别由4台变频电机驱动(型号为YZP225S-8,功率为22kw),由4台变频器分别驱动4台起升电机。
  变频器采用矢量开环控制模式,能通过程序直接设置成起重机功能模式,在终端对数字输出编程后即可作为制动控制信号,实现顺序制动功能。
  每个起升卷筒配有1套液压块式制动器(高速制动)和1套液压钳盘制动器(低速制动)。工作时首先打开低速制动器,变频器检测转矩建立情况,当转矩达到要求时,输出松闸信号进入PLC,由PLC发出松闸指令,高速制动器打开,开始工作;停止工作时,首先电气制动。再高速制动器闭合。最后低速制动器闭合,夹紧卷筒。
  2.2 电气控制系统
  控制系统采用西门子S7-300系列可编程控制器替代传统的继电器控制,具有控制先进、可靠性高、编程和修改方便等特点,特别是其强大的通讯功能可满足很多要求。PLC是整个调速系统的核心,负责对系统所有输入、输出控制点和运算的控制,同时PLC具备强大的故障诊断和判断功能,能够准确可靠地监控系统运行,并负责与触摸屏的通讯。
  2.2.1 通讯方式
  该机的PLC系统采用主从站通讯方式,设1个主站和2个从站,主站放置在门机主梁上方的电气柜中,1号从站放置在大车对侧下横梁上的电气柜中,2号从站放置在起重小车上的电气柜中。PLC靠近机构便于就近控制,既节省电缆又提高了抗干扰能力。
  2.2.2 PLC组成
  PLC主站的中央处理单元型号为CPU314C-2DP,配有电源模块PS307和32数字量输入模块SM321及其他相关附件。1号从站配有接口模块ET200M,电源模块PS307和8数字量输入/输出模块SM323及其他相关附件。2号从站配有接口模块ET200M,电源模块PS307,32数字量输入模块SM321,32数字量输出模块SM322和16数字量

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