МОДЕРНИЗАЦИЯ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВОГО ГРЕЙФЕРНОГО КРАНА С ПЕРЕВОДОМ НА БЕСКОНТАКТНЫЕ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ МОСТА И ТЕЛЕЖКИ

Одной из больших групп потребителей электрической энергии являются промышленные грузоподъёмные механизмы (ГПМ), которые используются для механизации и автоматизации производственных процессов в любой отрасли промышленности. Безопасность эксплуатации ГПМ обеспечивается рядом датчиков и концевых выключателей, срабатывающих при аварийных режимах работы. Эти устройства не должны нуждаться в частом обслуживании и ремонте, и быть безотказными, так как это может привести к угрозе жизни и здоровья работников, находящихся в зоне работы ГПМ.

Обычно в роле концевых выключателей используются электромеханические переключатели с разнообразным видом привода, которые нуждаются в частой регулировке и обслуживании контактной группы. Хорошей альтернативой им являются бесконтактные датчики, лишённые приведённых выше недостатков, несмотря на это почти не применяются в электрооборудовании ГПМ.

В данной статье рассматривается переоборудование мостового грейферного крана на бесконтактные датчики, от работы которого зависит бесперебойность работы ряда цехов производства. Кран установлен на крытом складе серы в цехе по производству серной кислоты и олеума, мощностью 320 тысяч тонн в год в пересчёте на моногидрат серной кислоты, выпуск продукции осуществляется в круглосуточном режиме. В качестве главного сырья для производства используется техническая комовая сера, которую необходимо в начале технологического процесса преобразовать в жидкое состояние посредством плавления в бункерах (плавилках), куда она подаётся грейферным краном, который так же используется для расчистки приямков разгрузки вагонов и упорядочения навалов серы в закрытом складе.

Окружающая среда на складе характеризуется наличием следующих вредных факторов:

1. Особо мелкая серная пыль, образующаяся из-за постоянной разгрузки большого количества вагонов с серой;

2. Высокая влажность над бункерами ввиду постоянного испарения влаги на горячих поверхностях плавилок;

3. Химически активные газы, поднимающиеся из ёмкостей плавилок.

Эти составляющие пагубно влияют на функционирование электронных устройств с ненадлежащей или заниженной степенью пыле-влагозащиты, а так же оказывает сильное окисляющее действие на электромеханические контакты даже с соответствующим исполнением защиты.

Вышесказанное в совокупности определяет режим работы крана как весьма тяжёлый, и для корректной работы его электрооборудования следует применять высококачественные компоненты, защищённые от воздействий вредных веществ, а так же отказываться или использовать в минимальных количествах электромеханические контакты в реле и переключателях.

Ввод в эксплуатацию крана осуществлён в марте 2014 года. Схема реализована на контроллере Siemens Simatic S7-300, все электроприводы главных движений выполнены по системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель». Частотные преобразователи установлены Siemens Sinamics G120 состоящие из силового и управляющего модулей.

За четырёхлетний срок эксплуатации был выявлен ряд недостатков в работе электрооборудования. Один из самых существенных – неисправность концевых выключателей с крестовидной ножкой (рисунок 1, а) по передвижению моста и тележки. Частые окисления контактной группы приводят к ложным срабатываниям и отключению функций в хаотическом порядке. Некорректная установка самих выключателей вылилась в поломку опорных конструкций и непригодность к дальнейшей эксплуатации. Для решения этих проблем коренным образом необходимо провести модернизацию схемы управления мостового крана с переводом на бесконтактные датчики положения моста и тележки. Схемы включения и принцип работы обоих концевых выключателей идентичные, поэтому в статье рассматривается только движение тележки.

а)   б)

Рисунок 1. Внешний вид концевых выключателей: а) ограничитель крестовидной ножкой; б) датчик индуктивного типа 

 Опишем характерные рабочие зоны ограничителя с крестовидной ножкой (рисунок 2) и срабатывания его контактов (рисунок 3):

Рисунок 2. Характерные области работы концевого выключателя с крестовидной ножкой по пути следования тележки

«0» – исходное положение, соответствующее передвижению по основному участку пути между точками BC, все контакты замкнуты SQ1 – SQ4;

«+90º» / «-90º» – поворот крестовины по / против часовой стрелке на 90º, в момент достижения точки B / С в которой необходимо включить пониженную скорость, размыкается SQ3 / SQ2 и фиксируется до пересечения точки B / C при обратном направлении движения;

«+180º» / «-180º» – поворот крестовины по / против часовой стрелке на 180º, в момент достижения точки A / D в которой необходимо остановиться, размыкается SQ4 / SQ1 и фиксируется до пересечения точки A / D при обратном направлении движения.

Рисунок 3. Схема подключения ограничителя с крестовидной ножкой

Каждый концевой выключатель подаёт сигнал на твердотельное реле, которое в свою очередь отправляет сигналы на промышленный контроллер, такая схема используется для гальванической развязки этих приборов.

Рациональнее всего для замены использовать бесконтактные датчики индуктивного типа, которые просты в монтаже, настройке и эксплуатации (рисунок 1, б). Индуктивный датчик реагирует и распознаёт все токопроводящие предметы. Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого внутренней катушкой индуктивности. Такие датчики выполняются на номинальное напряжение 24 В постоянного тока, с нормально разомкнутым или нормально замкнутым релейным выходом.

Замена одного релейного ограничителя осуществляется на два бесконтактных датчика установленных с торца тележки, и применением согласовывающего устройства (СУ), которое должно выдавать такие же выходные сигналы, как и релейный концевой выключатель, для внесения минимальных изменений в основную схему управления крана и программу промышленного контроллера.

Алгоритм работы совокупности вышеперечисленных узлов должен быть следующим: при движении тележки около характерной точки (A, B, C, D), где установлена ответная часть, датчики №1 и №2 дают два последовательных импульса на СУ, которое отключает промежуточные реле в определённой последовательности. Тележка, двигаясь влево из центрального положения, пересекает первую характерную точку В и на СУ отправляется сигнал сначала от датчика №1, затем от №2. Первая группа импульсов такой последовательности заставляет СУ отключить реле KL2 и фиксировать его в этом положении, тележка может продолжать двигаться с меньшей скоростью влево и право на отрезке AB. При дальнейшем движении влево, тележка пересечёт точку А, и сообщит СУ последовательность импульсов как в точке В, однако вторая такая последовательность заставляет СУ отключить KL1, после этого тележка может двигаться только вправо.

Движение тележки вправо от центра происходит при аналогичном алгоритме работы датчиков и СУ. Областей отключения определённых реле изображены на рисунке 5

Рисунок 4. Области отключения промежуточных реле по пути следования тележки

Выводы:

1. Перевод на бесконтактные датчики позволит устранить механические воздействия на электрические ограничители при повседневной работе крана и предотвратить их поломку.

2. Индуктивные датчики требуют отстройки и наладки лишь один раз при пуско-наладочных мероприятиях, следовательно, безопасность крана будет надёжно обеспечена.

3. Индуктивный датчик не имеет электромеханических контактов, и не подвержен воздействию химически активных газов, так как выполнен в литом пластмассовом корпусе.

Список литературы:

1. Бесконтактные датчики положения. Проблемы выбора и практика применения / А. Криворученко // Компоненты и технологии. – 2007. – №1. – С. 32 – 35.
2. Лимонов, Л.Г. Автоматизированный электропривод промышленных механизмов / Л.Г. Лимонов. – Х.: Издательство «ФОРТ», 2009. – 272 с.
3. Кропочева, Л.В. Релейная защита электроустановок: пособие / Л.В. Кропочева, А.В. Бульбачка. – Гродно: ГрГУ, 2017. – 56 с.