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[摘 要]为了研究桥式起重机变频改造后特性探讨对比测试方法。采用丰满电厂320+320吨桥式起重机改造实例为依据，详细叙述改造方案并从能耗对比、振动对比、故障率对比三方面展开讨论。研究得出：此次变频改造有效完成了起重机驱动电机的大范围、高质量调速要求。经测试满足当前生产需要，具备高性能调速指标，有结构简单、工作可靠、维护方便的优势。
[关键词]起重机 改造 变频 故障率 基本方案
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0177-01
1.前言
桥式起重机是生产中必不可少的现代化工具之一，是一种起重吊装设备，具有过程自动化、机械化的特点。工矿企业用途广泛，传统起重机电机拖动形式各项综合性能指标较差导致调速系统故障频发，甚至造成安全风险。本文基于丰满电厂具体改造案例对改造前后情况进行对比测试并做科学分析[1]。
2.改造的基本方案
传统交流调速方法如：转子串电阻调速、变极对数调速、串级调速等存在启动电流冲击大;起重机的本体冲击大，制动阐瓦损耗快;功率因数低等问题。最终导致设备故障频发、维护成本高[2]。
桥式起重机所需配套的电气设备，包括电动机、配电装置、自动化元件、保护元件、控制装置、电力和控制电缆、盘柜、仪表和供电装置等。
所有机构电气系统改造为“PLC+变频器传动+逻辑控制+通讯控制”组成的控制系统。需要重新设计计算和选型，质量可靠耐用。特别是要降低电气设备故障率。变频器及PLC可编程控制器采用当前常用进口全数字式矢量变频器及进口PLC编程控制器产品。主要低压电气元件选用主流进口低压产品，电阻器采用不锈钢电阻。具体方案如下：
2.1 桥机调速系统
起重机起升及运行调速系统采用1：10的调速范围，主令操作采用无级有挡调速控制方式。变频器采用全数字式参数设定，具备参数自动识别，自适应矢量控制功能。由脉冲编码器作为速度检测组件构成速度闭环控制，在全速度范围内其静态精度达到0.1%的高精度控制。具有速度的附加给定功能，在全速度范围进行±5%范围内的微调修正;调速装置具有高转矩响应速度和零转速时能够输出额定转矩以防止抱闸制动时的溜钩现象。
2.2 通讯与自控
整机采用模块化PLC编程控制器变频调速，PLC控制，司机室配综合故障监视仪。变频器带各通讯接口模块，采用闭环矢量控制模式，速度反饋来自增量式脉冲编码器;PLC适时读取相关数据，处理后给定数字量有效控制变频器频率及电机转速。且所有应用软件必须能兼容市面主流操作系统。
2.3 电气配电系统
进线后设隔离开关，分工作回路与照明辅助回路，分设相关附件。配电控制回路中，设有整机电源的起动、停止、电锁、紧停开关、电源指示、安全开关及紧急限位开关等环节，设有相序监测、缺相、短路、漏电（对检修插座部分）、过流、过负荷、过欠压、接地及失压保护。当供电电源中断时自动断开总回路[3]。检修及照明回路与工作回路分别供电，保证主回路检修时检修电源可以正常供电。
2.4 起升机构调速系统
起升机构设三级限位保护，第一级为减速限位保护，变频器减速运行;第二级为停车限位保护，变频器停车;第三级为紧急限位保护（重锤限位），动力回路断电，确保制动器断电抱闸;制动器的控制实现三级控制，变频器控制+PLC控制+急停控制，确保制动器的安全动作，检测到故障迅速抱闸。制动器增加开闭状态监测、磨损检测功能。
本次改造更换为变频专用电动机。选用国产优质变频电动机，电动机带强迫通风机、温度传感器、增量型编码器、超速开关。电动机安装调试完成后应在底座上加装定位块进行定位。
2.5 行走机构调速系统
运行机构采用数字式的参数设定和带编码器的闭环控制变频调速;变频器进行主从控制方式，保证所有电机同步运行，出力均衡。并且采用大车纠偏方式，消除大车运行时啃轨现象。本次改造须更换为变频专用电机。选用国产优质变频电动机，变频电动机带强迫风冷、温度传感器、增量型编码器。电动机安装调试完成后在底座上加装定位块进行定位[4]。
3.能耗对比分析
为综合评定改造经济性，设能耗对比分析考核项。参考行业规范——起重机械用电动力驱动起升和运行机构能效测试方法。收集相关数据结合本厂实际制定测试规程如下：
1、 将60t载荷物体提升至10m，在轻放载荷物至起吊位置。
2、 将60t载荷物体提升至10m，小车带载运行13.2m。
3、 将60t载荷物体提升至10m，大车带载运行50m。
4、 起升機构空载提升至10m然后还原。
5、 小车空载运行13.2m，大车空载运行50m。
注：测试速度按单程运行的 0%-3%测试距离内，且慢档运行;3%-97%测试距离按额定速度运行;97%-100%测试距离按慢速档运行。
4.振动对比分析
任何设备设施的改造都涉及到零部件不配伍，间隙大引发共振导致设备结构性损坏的风险。所以必须对改造后的起重机进行振动对比。在此我部选取平稳起升制动、平稳下降制动、紧急起升制动、点动、小车起制动、大车起制动六种试验工况分别测试。实验装置选取DH301电容式三向振动加速度传感器并固定于主梁跨中上盖板侧，外部与电荷放大器相连信号输出至DH5920动态信号测试分析系统，动态取值科学分析[5]。测试在机体平稳起吊与下降时进行。经测试，改造后各项指标优异，复合验收标准。
5.故障率对比分析
故障率需与设备使用率、主机运行时间和起吊负载等情况结合，并对故障进行分类比对。情况允许时还可对易损件进行X射线探测伤害判定，深入比对材料疲劳损伤。在此首先对使用半年后故障进行统计，第二次分析对使用一年后进行统计。
针对以上情况现预判设定机械与电气两大类故障。分别各取多处观测点，其中机械部分包括：吊钩、防脱钩;滑轮、挡绳、钢丝绳;联轴器;制动轮;减速器;轨道;车轮。电气部分包括：电动机电刷、滑环;接触器触头、线圈;短路与过流保护;继电器;滑触线集电器;变压器;变频器;操纵器;缓冲器。另外各安全装置及附件也纳入故障率对比考核范围。
6.结论
随着经济发展对工作效率和产品质量要求增高，客户对起重机调速性能的要求也不断提高。变频改造有效完成了起重机驱动电机的大范围、高质量调速要求。经测试满足当前生产需要，具备高性能调速指标，有结构简单、工作可靠、维护方便的优势。且节能效果显著其外围控制线路简单，故障率小。比传统交流调速系统更加优异。未来采用交流变频调速是起重机调速技术的运用将成为主流。
参考文献
[1]赵学明，邱法聚，丁高耀.桥式起重机变频改造前后主梁振动状况对比分析[J].设备管理与维修，2013（12）：52-55.
[2]丁高耀，张志坚，邱法聚，等.桥式起重机变频改造与对比测试[J].中国特种设备安全， 2013（7）：69-71.
[3]丁高耀，张志坚，邱法聚，等.桥式起重机变频改造与对比测试[J].中国特种设备安全，2013（7）：69-71.
[4]胡艳丽，董爱华.PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用[J]. 自动化博览，2009，26（5）：86-87.
[5]王利军.PLC与变频器在·桥式起重机控制系统改造中的应用[J].数字化用户，2013（17）.
[关键词]起重机 改造 变频 故障率 基本方案
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0177-01
1.前言
桥式起重机是生产中必不可少的现代化工具之一，是一种起重吊装设备，具有过程自动化、机械化的特点。工矿企业用途广泛，传统起重机电机拖动形式各项综合性能指标较差导致调速系统故障频发，甚至造成安全风险。本文基于丰满电厂具体改造案例对改造前后情况进行对比测试并做科学分析[1]。
2.改造的基本方案
传统交流调速方法如：转子串电阻调速、变极对数调速、串级调速等存在启动电流冲击大;起重机的本体冲击大，制动阐瓦损耗快;功率因数低等问题。最终导致设备故障频发、维护成本高[2]。
桥式起重机所需配套的电气设备，包括电动机、配电装置、自动化元件、保护元件、控制装置、电力和控制电缆、盘柜、仪表和供电装置等。
所有机构电气系统改造为“PLC+变频器传动+逻辑控制+通讯控制”组成的控制系统。需要重新设计计算和选型，质量可靠耐用。特别是要降低电气设备故障率。变频器及PLC可编程控制器采用当前常用进口全数字式矢量变频器及进口PLC编程控制器产品。主要低压电气元件选用主流进口低压产品，电阻器采用不锈钢电阻。具体方案如下：
2.1 桥机调速系统
起重机起升及运行调速系统采用1：10的调速范围，主令操作采用无级有挡调速控制方式。变频器采用全数字式参数设定，具备参数自动识别，自适应矢量控制功能。由脉冲编码器作为速度检测组件构成速度闭环控制，在全速度范围内其静态精度达到0.1%的高精度控制。具有速度的附加给定功能，在全速度范围进行±5%范围内的微调修正;调速装置具有高转矩响应速度和零转速时能够输出额定转矩以防止抱闸制动时的溜钩现象。
2.2 通讯与自控
整机采用模块化PLC编程控制器变频调速，PLC控制，司机室配综合故障监视仪。变频器带各通讯接口模块，采用闭环矢量控制模式，速度反饋来自增量式脉冲编码器;PLC适时读取相关数据，处理后给定数字量有效控制变频器频率及电机转速。且所有应用软件必须能兼容市面主流操作系统。
2.3 电气配电系统
进线后设隔离开关，分工作回路与照明辅助回路，分设相关附件。配电控制回路中，设有整机电源的起动、停止、电锁、紧停开关、电源指示、安全开关及紧急限位开关等环节，设有相序监测、缺相、短路、漏电（对检修插座部分）、过流、过负荷、过欠压、接地及失压保护。当供电电源中断时自动断开总回路[3]。检修及照明回路与工作回路分别供电，保证主回路检修时检修电源可以正常供电。
2.4 起升机构调速系统
起升机构设三级限位保护，第一级为减速限位保护，变频器减速运行;第二级为停车限位保护，变频器停车;第三级为紧急限位保护（重锤限位），动力回路断电，确保制动器断电抱闸;制动器的控制实现三级控制，变频器控制+PLC控制+急停控制，确保制动器的安全动作，检测到故障迅速抱闸。制动器增加开闭状态监测、磨损检测功能。
本次改造更换为变频专用电动机。选用国产优质变频电动机，电动机带强迫通风机、温度传感器、增量型编码器、超速开关。电动机安装调试完成后应在底座上加装定位块进行定位。
2.5 行走机构调速系统
运行机构采用数字式的参数设定和带编码器的闭环控制变频调速;变频器进行主从控制方式，保证所有电机同步运行，出力均衡。并且采用大车纠偏方式，消除大车运行时啃轨现象。本次改造须更换为变频专用电机。选用国产优质变频电动机，变频电动机带强迫风冷、温度传感器、增量型编码器。电动机安装调试完成后在底座上加装定位块进行定位[4]。
3.能耗对比分析
为综合评定改造经济性，设能耗对比分析考核项。参考行业规范——起重机械用电动力驱动起升和运行机构能效测试方法。收集相关数据结合本厂实际制定测试规程如下：
1、 将60t载荷物体提升至10m，在轻放载荷物至起吊位置。
2、 将60t载荷物体提升至10m，小车带载运行13.2m。
3、 将60t载荷物体提升至10m，大车带载运行50m。
4、 起升機构空载提升至10m然后还原。
5、 小车空载运行13.2m，大车空载运行50m。
注：测试速度按单程运行的 0%-3%测试距离内，且慢档运行;3%-97%测试距离按额定速度运行;97%-100%测试距离按慢速档运行。
4.振动对比分析
任何设备设施的改造都涉及到零部件不配伍，间隙大引发共振导致设备结构性损坏的风险。所以必须对改造后的起重机进行振动对比。在此我部选取平稳起升制动、平稳下降制动、紧急起升制动、点动、小车起制动、大车起制动六种试验工况分别测试。实验装置选取DH301电容式三向振动加速度传感器并固定于主梁跨中上盖板侧，外部与电荷放大器相连信号输出至DH5920动态信号测试分析系统，动态取值科学分析[5]。测试在机体平稳起吊与下降时进行。经测试，改造后各项指标优异，复合验收标准。
5.故障率对比分析
故障率需与设备使用率、主机运行时间和起吊负载等情况结合，并对故障进行分类比对。情况允许时还可对易损件进行X射线探测伤害判定，深入比对材料疲劳损伤。在此首先对使用半年后故障进行统计，第二次分析对使用一年后进行统计。
针对以上情况现预判设定机械与电气两大类故障。分别各取多处观测点，其中机械部分包括：吊钩、防脱钩;滑轮、挡绳、钢丝绳;联轴器;制动轮;减速器;轨道;车轮。电气部分包括：电动机电刷、滑环;接触器触头、线圈;短路与过流保护;继电器;滑触线集电器;变压器;变频器;操纵器;缓冲器。另外各安全装置及附件也纳入故障率对比考核范围。
6.结论
随着经济发展对工作效率和产品质量要求增高，客户对起重机调速性能的要求也不断提高。变频改造有效完成了起重机驱动电机的大范围、高质量调速要求。经测试满足当前生产需要，具备高性能调速指标，有结构简单、工作可靠、维护方便的优势。且节能效果显著其外围控制线路简单，故障率小。比传统交流调速系统更加优异。未来采用交流变频调速是起重机调速技术的运用将成为主流。
参考文献
[1]赵学明，邱法聚，丁高耀.桥式起重机变频改造前后主梁振动状况对比分析[J].设备管理与维修，2013（12）：52-55.
[2]丁高耀，张志坚，邱法聚，等.桥式起重机变频改造与对比测试[J].中国特种设备安全， 2013（7）：69-71.
[3]丁高耀，张志坚，邱法聚，等.桥式起重机变频改造与对比测试[J].中国特种设备安全，2013（7）：69-71.
[4]胡艳丽，董爱华.PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用[J]. 自动化博览，2009，26（5）：86-87.
[5]王利军.PLC与变频器在·桥式起重机控制系统改造中的应用[J].数字化用户，2013（17）.