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電驅(qū)動起重機故障診斷監(jiān)測方案設(shè)計分析

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電驅(qū)動起重機故障診斷監(jiān)測方案設(shè)計分析

摘要:針對電驅(qū)動起重機存在故障率高,機械部件使用壽命短,運行效率較低的突出問題,基于PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及組態(tài)軟件技術(shù),設(shè)計電驅(qū)動起重機故障診斷監(jiān)測平臺,使得起重機司機能夠及時、準(zhǔn)確掌握起重機運行狀態(tài)、故障信息,并指導(dǎo)起重機司機合理、正確操作起重機,提高起重機使用效率,延長機械部件使用壽命。經(jīng)實際應(yīng)用證明,該方案設(shè)計合理,起重機故障發(fā)生率降低47.9%,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益,有推廣價值。

關(guān)鍵詞:PLC控制;傳感器;故障診斷;KingSCADA

引言

電驅(qū)動起重機是一種廣泛應(yīng)用于交通運輸、煤礦、港口貨運等行業(yè)不可或缺的中大型搬運設(shè)備。在生產(chǎn)實踐中,由于使用不當(dāng)、維護(hù)不及時等原因造成起重機故障頻發(fā),甚至導(dǎo)致重大安全事故。為保證電驅(qū)動起重機安全、高效率工作,延長使用壽命,預(yù)防重特大事故發(fā)生,對起重機故障進(jìn)行診斷和監(jiān)測具有十分重要的意義[1]。以計算機為中心的起重機故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)是國外發(fā)展趨勢,如德國采用模塊形式概念,將起重機分成若干個功能模塊,每個模塊配置電子監(jiān)控系統(tǒng),利用聲吶探測儀控制系統(tǒng)重物,并將數(shù)據(jù)傳送至計算機用于顯示和故障報警。法國針對起重機開發(fā)出用于故障診斷與監(jiān)測的具有與計算機交互、人機對話以及情景模擬的平臺,極大地延長了起重機的使用壽命。丹麥利用視頻監(jiān)控功能,通過獲取關(guān)鍵部件、危險部件的圖像進(jìn)行故障診斷與分析,使得操作人員更好地掌握起重機的運行狀態(tài)[2-4]。國內(nèi)如天津港務(wù)公司研發(fā)的起重機動態(tài)監(jiān)控裝置,利用BreezeNET無線網(wǎng)橋?qū)⑵鹬貦C運行全部參數(shù)傳送至計算機中心進(jìn)行處理和顯示,傳輸速度可達(dá)2Mb/s,傳輸頻率為10s;該監(jiān)測系統(tǒng)的主要缺陷為實時性差、抗干擾能力弱。大連理工大學(xué)自主研發(fā)了起重機網(wǎng)絡(luò)化控制及管理系統(tǒng),利用PLC控制技術(shù)搭建起重機監(jiān)測局域網(wǎng),利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)存儲所有數(shù)據(jù)并在工控機上顯示;該監(jiān)測系統(tǒng)的缺陷為無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。上海交通大學(xué)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控診斷技術(shù)和Web技術(shù)實現(xiàn)了起重機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)并進(jìn)行進(jìn)一步的研究[5-6]。本文在分析和借鑒已有起重機故障診斷和監(jiān)控系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上,基于PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及CAN通信技術(shù),搭建基于KingSCADA軟件平臺的故障診斷與監(jiān)測方案,保證起重機安全、穩(wěn)定、高精度地運行。

1系統(tǒng)設(shè)計

電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測方案設(shè)計目標(biāo)為:(1)對起重機運行狀態(tài)、故障信息進(jìn)行實時記錄、聲光報警并且可歷史追溯;(2)具有故障預(yù)測、故障自診斷以及及時停機功能;(3)信息實時顯示功能,包括起重機各機構(gòu)的運行狀態(tài)、設(shè)定參數(shù)、操作指令等;(4)對所有數(shù)據(jù)具備記錄、查詢功能,實現(xiàn)一鍵導(dǎo)出;(5)對起重機的工作區(qū)域以及危險區(qū)域?qū)崿F(xiàn)實時視頻監(jiān)控,并將視頻信息存入硬盤;(6)對起重機的開停機時間、運行時間、累計運行時間、工作循環(huán)次數(shù)、故障發(fā)生次數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析并形成趨勢曲線圖[7]。針對上述設(shè)計目標(biāo),設(shè)計電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測方案系統(tǒng)設(shè)計,如圖1所示。故障診斷與監(jiān)測平臺由工控機、硬盤錄像機、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及無線傳輸系統(tǒng)組成,其中工控機是故障診斷與監(jiān)測的數(shù)據(jù)、信息顯示載體,在該工控機上運行KingSCADA軟件即可按照設(shè)計的故障診斷與監(jiān)測主界面、各個子界面進(jìn)行一一展示;硬盤錄像機用于存儲監(jiān)測起重機的視頻數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲起重機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)以及故障信息數(shù)據(jù)等;無線傳輸系統(tǒng)用于連接起重機與遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通路,通過無線傳輸通信模式將該起重機所有數(shù)據(jù)傳送至起重機遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心[8-9]。電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測平臺以TCP/IP通信模式獲取電驅(qū)起重機智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),如大車編碼器位置、激光防撞開關(guān)信號、主鉤高度編碼器等。

2硬件設(shè)計

用于精確測量起重機起升高度、下降深度的傳感器選用絕對值編碼器,該編碼器穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性高、具有停電記憶功能,具有抗電磁干擾和抗震動功能,無累計誤差,使用壽命長,免維護(hù),具備多種數(shù)字信號輸出功能。絕對值編碼器安裝與起重機起升滾筒端,通過記錄起升滾筒的轉(zhuǎn)數(shù),可測量鋼絲繩放出或者縮回的長度;依據(jù)滑輪組倍率、臂桿長度、角度傳感器數(shù)值進(jìn)行計算,可得出鉤頭距離地面的高度。為保證起升高度、下降深度值計算的精確性,在實際計算時,計算值需進(jìn)行標(biāo)定。風(fēng)速測量傳感器安裝于起重機臂桿頂端,底端加裝重錘,以保證風(fēng)速傳感器與臂桿保持垂直。該風(fēng)速測量傳感器采用DC24V直流供電,測量范圍為0~60m/s,誤差為!(0.5+0.05V)m/s,最小顯示值為0.01m/s,預(yù)警范圍為1~60m/s,可實現(xiàn)風(fēng)速與風(fēng)級的自動切換。在起重機的底盤需加裝角度傳感器和水平度傳感器。起重量傳感器采用CHZPY-05型旁壓式張力傳感器,載荷為1~50t,靈敏度為2.0mV/V,精度低于1%;該傳感器靈敏度高、誤差小、性價比高[10-12]。為防止起重機受高溫高濕環(huán)境影響而導(dǎo)致其機械性能和電氣性能下降的溫度,采用溫濕度傳感器實時監(jiān)測起重機工作環(huán)境的溫度和濕度,其型號為TRS-01-10。該溫濕度傳感器漂移量小、響應(yīng)速度快、靈敏度高,溫度分辨率為0.1℃,濕度分辨率為!0.5℃,可穩(wěn)定運行的工作溫度為-20~70℃,工作濕度為5%~95%,滿足該起重機溫濕度監(jiān)測需求。PLC控制系統(tǒng)采用主從控制模式,主站PLC選用西門子S7-300CPU313C-2DP,從站PLC選用西門子S7-200CPU222,搭建主從PLC控制系統(tǒng),應(yīng)用Profibus-DP通信模式進(jìn)行數(shù)據(jù)、指令傳輸。

3軟件設(shè)計

3.1PLC軟件設(shè)計

電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測方案PLC軟件設(shè)計分別在主、從PLC控制器中實現(xiàn),采用模塊化編程方法,主流程如圖2所示。起重機每次上電運行時,自動獲取前次工作狀態(tài)和界面,分別完成零點監(jiān)測、按鍵檢測功能;當(dāng)PLC控制器對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理時,發(fā)現(xiàn)該數(shù)值超出設(shè)定范圍,則在平臺進(jìn)行聲光報警顯示;當(dāng)數(shù)據(jù)值達(dá)到停機值時,平臺在發(fā)出聲光報警的同時,立即停止起重機運行;當(dāng)數(shù)值位于設(shè)定范圍之內(nèi)時,清除報警顯示并關(guān)閉蜂鳴器。

3.2KingSCADA軟件設(shè)計

電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測平臺通過TCP/IP通信模式獲取智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),并完成數(shù)據(jù)映射?;贙ingSCADA軟件平臺設(shè)計用于監(jiān)測起重機的主界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、數(shù)據(jù)監(jiān)控界面、視頻監(jiān)控界面、故障信息界面等,主界面如圖3所示。通過主界面可清晰地查看起重機運行參數(shù)、故障信息以及傳感器數(shù)據(jù)等,通過左側(cè)按鈕將在各個設(shè)計界面之間進(jìn)行切換。

4應(yīng)用分析

設(shè)計并實現(xiàn)的電驅(qū)動起重機故障診斷與監(jiān)測方案已在某煤礦投入使用,能夠及時發(fā)現(xiàn)起重機故障,如小車運行時有輪處于懸空狀態(tài),經(jīng)故障排查發(fā)現(xiàn)小車車輪設(shè)計時直徑偏小,更換標(biāo)準(zhǔn)小車車輪后該故障解決;小車運行時發(fā)生打滑現(xiàn)象,分析原因發(fā)現(xiàn)為軌道上存在固體顆粒和機油,小車車輪安裝時高度不一致;起重機存在“過卷”現(xiàn)象,分析原因為起重機的動滑輪與定滑輪發(fā)生碰撞,抱閘器松動,極限位置發(fā)生變化。采用該方案后,起重機年穩(wěn)定運行率達(dá)320d,故障發(fā)生率降低47.9%,提升了該起重機的利用效率和生產(chǎn)效率。

5結(jié)語

起重機是搬運大中型設(shè)備的重要輔助方式之一,是保證港口貨運、交通運輸、煤礦設(shè)備快速搬運的重要手段。起重機司機通過故障診斷與監(jiān)測平臺能夠及時、準(zhǔn)確地掌握起重機運行狀態(tài)以及發(fā)生的故障,并根據(jù)故障采用有針對性的、正確的處理方法,防止由于故障造成起重機長時間停機,杜絕由微小故障演變出的重特大安全事故,保證起重機安全、穩(wěn)定、高效運行。

參考文獻(xiàn)

[1]王宇紅,侯蕊.小型煤礦橋式起重機的PLC改造[J].煤礦機械,2012,33(6):191-193.

[2]劉玉福.電動橋式起重機的故障診斷與排除[J].煤礦機械,2010,31(11):251-254.

[3]朱澤祥.煤礦井下自制起重機的研制與應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理,2010(2):100-102.

[4]門智峰,范亞輝,許智.基于物聯(lián)網(wǎng)的流動式起重機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].起重運輸機械,2016(2):16-17.

[5]王洪柱,丁克勤.履帶起重機運行參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].中國特種設(shè)備安全,2019,35(11):26-29.

[6]吳昊罡,潘彥宏,步超.智能起重機的控制系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)[J].起重運輸機械,2018(5):69-72.

[7]丁沖,賈磊,郭曉光.門座起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].起重運輸機械,2018(10):96-98.

[8]周葉平,廖志雄,綦義洪.基于STM32的橋式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].礦山機械,2016(6):28-30.

[9]章程.基于PLC模糊控制的橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究[D].成都:西南交通大學(xué),2015:12-13.

[10]劉林山,畢文香.履帶起重機智能化關(guān)鍵技術(shù)及在安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用[J].起重運輸機械,2019(7):69-72.

[11]安婷婷,?;ⅲ瑒⑴危鹬貦C械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實施方案[J].起重運輸機械,2019(6):74-77.

[12]鄧陸,舒安慶,鮑沖,等.安全監(jiān)控系統(tǒng)在門式起重機上的研究與應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備,2016(8):341-344.

作者:張建強 單位:西山煤電集團(tuán)東曲煤礦