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起重機械電氣控制仿真體系分析論文
起重設備作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機械設備，被廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域之中。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，起重機需求量不斷增大，同時(shí)起重設備還向大型化、高速化以及控制多功能復雜化方向發(fā)展，隨之而來(lái)的起重機危險因素、事故也越來(lái)越多。起重機械電氣控制系統作為起重機的大腦，其電氣控制系統的安全對起重機械的安全所占的分量是不言而意的。起重機械電氣安全是生產(chǎn)安全的重要組成部分。遼寧“4.18”鋼水包傾覆特大事故中，電氣控制系統的設計缺陷就是該事故的直接原因之一。然而由于起重機械基本屬于大型設備，以及其吊載時(shí)電氣控制系統的復雜性，對其電氣控制系統是否存在安全隱患的評價(jià)或故障分析，均要在起重機械的使用現場(chǎng)進(jìn)行分析判斷，不能在設計初始階段即實(shí)驗室階段就進(jìn)行分析與排查。且當起重機械發(fā)生事故時(shí)，由于此時(shí)現場(chǎng)大都已破壞，也難以對起重機械的電氣控制系統進(jìn)行準確的事故（或故障）分析。隨著(zhù)計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應用，利用實(shí)驗室內的試驗條件進(jìn)行起重機械電氣控制系統安全評價(jià)已經(jīng)成為加強生產(chǎn)安全的迫切需要。
1起重機械電氣控制系統仿真研究的意義
對于基于模擬載荷的起重機械電氣控制系統仿真研究，主要的出發(fā)點(diǎn)在于實(shí)現實(shí)驗室內的起重機械電氣控制仿真系統的構成與真實(shí)起重機械電氣控制系統盡量一致。這樣起重機械電氣控制仿真系統研制可以作為開(kāi)展起重機械電氣控制技術(shù)相關(guān)科技項目研究的載體，也可以用于檢驗技術(shù)的培訓和能力提升。因此基于模擬載荷的起重機械電氣控制系統仿真研究有著(zhù)重要意義：
1）隨著(zhù)機電特種設備技術(shù)的發(fā)展，新型電氣部件和控制方式不斷應用。起重機械電氣控制故障仿真系統研制為新型電氣元件和控制方式實(shí)現了實(shí)踐論證，對電氣控制系統的安全性能進(jìn)行評價(jià)，非常有利于起重機械電氣控制技術(shù)設計水平的提高。
2）可靈活設置電氣線(xiàn)路邏輯故障與電子元器件故障，供研究人員操作、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題之用。通過(guò)基于模擬載荷的起重機械電氣控制仿真系統的故障模擬與再現，研究各種起重機械電氣事故及其發(fā)生的機理、原因、規律、特點(diǎn)。
3）通過(guò)起重機電氣控制系統的檢驗方法研究，可使起重機械電氣系統檢驗更為深入。直觀(guān)的LED顯示功能與投影，使復雜的電氣系統對于初學(xué)者也能淺顯易懂，為起重機械電氣原理研究、教學(xué)與實(shí)訓等構建了一個(gè)很好的平臺。
2國內外起重機械電氣控制仿真系統發(fā)展趨勢
在我院提出研制起重機械電氣控制仿真系統之前，國內有些相關(guān)單位為了培訓或生產(chǎn)制造的需要，也有些起重機械電氣控制的模擬設備，但功能不同或不夠完整。例如:有公司因早期制造集裝箱裝卸橋的需要，能讓工程師們做一些編程及測試的需要，在購買(mǎi)電氣控制設備時(shí)，有意多購一套控制器及驅動(dòng)器作為設計及故障處理模擬器[1]。同時(shí)也作為設備交貨時(shí)用戶(hù)方技術(shù)人員短期培訓使用。另國內有職業(yè)技術(shù)學(xué)校有裝設集裝箱裝卸橋模擬器，以模式駕駛操作環(huán)境，將使學(xué)生能夠置在一個(gè)接近真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)專(zhuān)業(yè)技能的訓練，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量[2]。但無(wú)與實(shí)際起重機械類(lèi)似的電氣控制系統，更沒(méi)有能高仿真地模擬現場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的起重機電氣控制系統。目前國內起重機械電氣控制系統的技術(shù)水平還停留在二十世紀使用的電氣控制技術(shù)水平，電氣控制邏輯線(xiàn)路沒(méi)有明顯的更新改進(jìn)[3-4]。這原因之一是起重機械一般體積都較大，起吊的載荷又較重，電氣控制系統均無(wú)法在實(shí)驗室進(jìn)行設計的前期研究和驗證，一旦電氣控制的設計完成后，只能到起重機現場(chǎng)進(jìn)行安裝、調試和更改，制約了電氣控制技術(shù)設計水平的提高。如果在實(shí)驗室中建一個(gè)能高度模擬實(shí)際環(huán)境的起重機械電氣控制故障仿真系統，能直觀(guān)、真實(shí)地反映起重機械電氣控制系統實(shí)際工作狀態(tài)，有利于設計水平的提高。
3起重機械電氣控制仿真系統的組成與功能
該起重機械電氣控制仿真系統主要設計了聯(lián)動(dòng)臺、控制柜、模擬載荷和信號顯示臺演示等功能模塊，以實(shí)現系統功能目標。帶信號顯示面板的電氣系統其最大的亮點(diǎn)是通過(guò)模擬載荷，實(shí)現了起重機電氣系統在實(shí)驗室內高度仿真模擬起重機吊運的各種工狀，主要組成包括：1）提供完整的司機室聯(lián)動(dòng)臺操作系統，具有起重機的起升、大小車(chē)行走仿真操作功能；2）設置模擬的電氣線(xiàn)路邏輯與電子元器件故障，實(shí)現對起重電氣控制系統故障狀態(tài)還原與故障模擬分析；3）完整的電氣控制系統，可進(jìn)行電氣控制功能和電氣保護的檢驗方法研究；4）設有新型電氣元件和控制方式，可進(jìn)行起重機電氣系統安全性評價(jià)；5）多樣的電氣元件（如絕緣電阻、過(guò)流繼電器、延時(shí)繼電器），供測量或整定評判研究。
4起重機械電氣控制仿真系統的原理
該系統按20T/5T橋式起重機的標準電氣控制系統進(jìn)行研制，主要由聯(lián)動(dòng)臺、信號顯示面板、控制柜、驅動(dòng)主機與模擬載荷、投影儀等部分組成。20T/5T電氣系統按繼電器與接觸器控制設計研制，其部分電氣原理圖如圖1所示[5-6]，也可切換至按PLC+變頻器控制電氣系統。圖1中的起升運動(dòng)電動(dòng)機控制線(xiàn)路是由凸輪控制器的觸頭直接控制電動(dòng)機的啟動(dòng)、換向、停止，切除外加電阻，打開(kāi)、閉合制動(dòng)器，其通過(guò)LED燈顯示電氣元件的動(dòng)作狀態(tài)，如圖中過(guò)流繼電器F21左側的LED燈即為顯示該元件的工作狀態(tài)。
4.1聯(lián)動(dòng)臺
聯(lián)動(dòng)臺包括各種按鈕、儀表、指示器、操作手柄、腳踏板以及司機座椅等。聯(lián)動(dòng)控制臺是由主令控制器、凸輪控制器、坐椅、指示燈、警鈴等部分組成，其中主令控制器與凸輪控制器為控制臺的核心元件，由操縱機構、開(kāi)關(guān)兩部分組成。
4.2信號
顯示面板顯示面板采用信號燈指示，信號顯示面板電路原理圖如圖2所示，通過(guò)LED燈顯示各機構、各檔位的動(dòng)作狀態(tài)，能顯示系統的接觸器和繼電器吸合與線(xiàn)路通斷情況，能顯示過(guò)流繼電器、接觸器和繼電器失效的情況；采集并顯示起升電機運轉方向。
4.3控制柜
主起升機構采用主令控制器配合控制屏控制，副起升機構、大小車(chē)運行機構采用凸輪控制器控制�？刂乒癜�20T/5T、跨度12m橋式起重機電氣要求的控制柜實(shí)際尺寸制作。
4.4驅動(dòng)主機與模擬載荷
系統中主起升機構配置驅動(dòng)主機與模擬載荷電機，兩臺電機分別接電源確認其轉向相反通過(guò)聯(lián)軸器同軸連接，起動(dòng)拖動(dòng)電機，再串電阻起動(dòng)負載電機。將交流力矩電機作為負載電機處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)力矩電機控制器可調整轉矩負載的模擬裝置，以實(shí)現倒拉反接制動(dòng)、單相制動(dòng)等電氣制動(dòng)的效果。
5結束語(yǔ)
該項目完成后，可研究各種起重機械電氣事故及其發(fā)生的機理、原因、規律、特點(diǎn)，研究并采取各種有效的電氣安全技術(shù)措施，以幫助企業(yè)解決生產(chǎn)中起重機械電氣控制安全問(wèn)題，提高電氣安全水平，推動(dòng)我國起重機械電氣控制與安全技術(shù)的快速發(fā)展。也可為起重機械電氣控制研究提高新的思路與控制方法，改善起重機械電氣控制安全問(wèn)題，項目的實(shí)施推廣在電氣控制工程領(lǐng)域具有廣泛的應用前景和良好的經(jīng)濟社會(huì )效應。
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