电驱动起重机故障诊断

来源：职称阁分类：电子论文时间：2020-11-23 11:30热度：

　　针对电驱动起重机存在故障率高，机械部件使用寿命短，运行效率较低的突出问题，基于ＰＬＣ控制技术、传感器技术以及组态软件技术，设计电驱动起重机故障诊断与监测平台，使得起重机司机能够及时、准确掌握起重机运行状态、故障信息，并指导起重机司机合理、正确操作起重机，提高起重机使用效率，延长机械部件使用寿命。经实际应用证明，该方案设计合理，起重机故障发生率降低４７．９％，产生了较好的经济效益，有推广价值。

电驱动起重机故障诊断

　　关键词：ＰＬＣ控制；传感器；故障诊断；ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ

　　电驱动起重机是一种广泛应用于交通运输、煤矿、港口货运等行业不可或缺的中大型搬运设备。在生产实践中，由于使用不当、维护不及时等原因造成起重机故障频发，甚至导致重大安全事故。为保证电驱动起重机安全、高效率工作，延长使用寿命，预防重特大事故发生，对起重机故障进行诊断和监测具有十分重要的意义［１］。以计算机为中心的起重机故障诊断与监测系统是国外发展趋势，如德国采用模块形式概念，将起重机分成若干个功能模块，每个模块配置电子监控系统，利用声呐探测仪控制系统重物，并将数据传送至计算机用于显示和故障报警。法国针对起重机开发出用于故障诊断与监测的具有与计算机交互、人机对话以及情景模拟的平台，极大地延长了起重机的使用寿命。丹麦利用视频监控功能，通过获取关键部件、危险部件的图像进行故障诊断与分析，使得操作人员更好地掌握起重机的运行状态［２－４］。国内如天津港务公司研发的起重机动态监控装置，利用ＢｒｅｅｚｅＮＥＴ无线网桥将起重机运行全部参数传送至计算机中心进行处理和显示，传输速度可达２Ｍｂ／ｓ，传输频率为１０ｓ；该监测系统的主要缺陷为实时性差、抗干扰能力弱。大连理工大学自主研发了起重机网络化控制及管理系统，利用ＰＬＣ控制技术搭建起重机监测局域网，利用数据库技术存储所有数据并在工控机上显示；该监测系统的缺陷为无法实现远程监控。上海交通大学应用互联网监控诊断技术和Ｗｅｂ技术实现了起重机远程监控系统并进行进一步的研究［５－６］。本文在分析和借鉴已有起重机故障诊断和监控系统方案的基础上，基于ＰＬＣ控制技术、传感器技术以及ＣＡＮ通信技术，搭建基于ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ软件平台的故障诊断与监测方案，保证起重机安全、稳定、高精度地运行。

　　１系统设计

　　电驱动起重机故障诊断与监测方案设计目标为：（１）对起重机运行状态、故障信息进行实时记录、声光报警并且可历史追溯；（２）具有故障预测、故障自诊断以及及时停机功能；（３）信息实时显示功能，包括起重机各机构的运行状态、设定参数、操作指令等；（４）对所有数据具备记录、查询功能，实现一键导出；（５）对起重机的工作区域以及危险区域实现实时视频监控，并将视频信息存入硬盘；（６）对起重机的开停机时间、运行时间、累计运行时间、工作循环次数、故障发生次数等关键数据进行统计和分析并形成趋势曲线图［７］。针对上述设计目标，设计电驱动起重机故障诊断与监测方案系统设计，如图１所示。故障诊断与监测平台由工控机、硬盘录像机、数据服务器以及无线传输系统组成，其中工控机是故障诊断与监测的数据、信息显示载体，在该工控机上运行ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ软件即可按照设计的故障诊断与监测主界面、各个子界面进行一一展示；硬盘录像机用于存储监测起重机的视频数据；数据服务器用于存储起重机的运行状态数据、参数设置数据以及故障信息数据等；无线传输系统用于连接起重机与远程集中监控中心的数据通路，通过无线传输通信模式将该起重机所有数据传送至起重机远程集中监控中心［８－９］。电驱动起重机故障诊断与监测平台以ＴＣＰ／ＩＰ通信模式获取电驱起重机智能控制系统数据，如大车编码器位置、激光防撞开关信号、主钩高度编码器等。

　　２硬件设计

　　用于精确测量起重机起升高度、下降深度的传感器选用绝对值编码器，该编码器稳定性和准确性高、具有停电记忆功能，具有抗电磁干扰和抗震动功能，无累计误差，使用寿命长，免维护，具备多种数字信号输出功能。绝对值编码器安装与起重机起升滚筒端，通过记录起升滚筒的转数，可测量钢丝绳放出或者缩回的长度；依据滑轮组倍率、臂杆长度、角度传感器数值进行计算，可得出钩头距离地面的高度。为保证起升高度、下降深度值计算的精确性，在实际计算时，计算值需进行标定。风速测量传感器安装于起重机臂杆顶端，底端加装重锤，以保证风速传感器与臂杆保持垂直。该风速测量传感器采用ＤＣ２４Ｖ直流供电，测量范围为０～６０ｍ／ｓ，误差为!（０．５＋０．０５Ｖ）ｍ／ｓ，最小显示值为０．０１ｍ／ｓ，预警范围为１～６０ｍ／ｓ，可实现风速与风级的自动切换。在起重机的底盘需加装角度传感器和水平度传感器。起重量传感器采用ＣＨＺＰＹ－０５型旁压式张力传感器，载荷为１～５０ｔ，灵敏度为２．０ｍＶ／Ｖ，精度低于１％；该传感器灵敏度高、误差小、性价比高［１０－１２］。为防止起重机受高温高湿环境影响而导致其机械性能和电气性能下降的温度，采用温湿度传感器实时监测起重机工作环境的温度和湿度，其型号为ＴＲＳ－０１－１０。该温湿度传感器漂移量小、响应速度快、灵敏度高，温度分辨率为０．１℃，湿度分辨率为!０．５℃，可稳定运行的工作温度为－２０～７０℃，工作湿度为５％～９５％，满足该起重机温湿度监测需求。ＰＬＣ控制系统采用主从控制模式，主站ＰＬＣ选用西门子Ｓ７－３００ＣＰＵ３１３Ｃ－２ＤＰ，从站ＰＬＣ选用西门子Ｓ７－２００ＣＰＵ２２２，搭建主从ＰＬＣ控制系统，应用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ通信模式进行数据、指令传输。

　　３软件设计

　　３．１ＰＬＣ软件设计

　　电驱动起重机故障诊断与监测方案ＰＬＣ软件设计分别在主、从ＰＬＣ控制器中实现，采用模块化编程方法，主流程如图２所示。起重机每次上电运行时，自动获取前次工作状态和界面，分别完成零点监测、按键检测功能；当ＰＬＣ控制器对检测到的数据进行逻辑处理时，发现该数值超出设定范围，则在平台进行声光报警显示；当数据值达到停机值时，平台在发出声光报警的同时，立即停止起重机运行；当数值位于设定范围之内时，清除报警显示并关闭蜂鸣器。

　　３．２ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ软件设计

　　电驱动起重机故障诊断与监测平台通过ＴＣＰ／ＩＰ通信模式获取智能控制系统数据，并完成数据映射。基于ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ软件平台设计用于监测起重机的主界面、系统设置界面、数据监控界面、视频监控界面、故障信息界面等，主界面如图３所示。通过主界面可清晰地查看起重机运行参数、故障信息以及传感器数据等，通过左侧按钮将在各个设计界面之间进行切换。

　　４应用分析

　　设计并实现的电驱动起重机故障诊断与监测方案已在某煤矿投入使用，能够及时发现起重机故障，如小车运行时有轮处于悬空状态，经故障排查发现小车车轮设计时直径偏小，更换标准小车车轮后该故障解决；小车运行时发生打滑现象，分析原因发现为轨道上存在固体颗粒和机油，小车车轮安装时高度不一致；起重机存在“过卷”现象，分析原因为起重机的动滑轮与定滑轮发生碰撞，抱闸器松动，极限位置发生变化。采用该方案后，起重机年稳定运行率达３２０ｄ，故障发生率降低４７．９％，提升了该起重机的利用效率和生产效率。

　　５结语

　　起重机是搬运大中型设备的重要辅助方式之一，是保证港口货运、交通运输、煤矿设备快速搬运的重要手段。起重机司机通过故障诊断与监测平台能够及时、准确地掌握起重机运行状态以及发生的故障，并根据故障采用有针对性的、正确的处理方法，防止由于故障造成起重机长时间停机，杜绝由微小故障演变出的重特大安全事故，保证起重机安全、稳定、高效运行。

　　参考文献

　　［１］王宇红，侯蕊．小型煤矿桥式起重机的ＰＬＣ改造［Ｊ］．煤矿机械，２０１２，３３（６）：１９１－１９３．

　　［２］刘玉福．电动桥式起重机的故障诊断与排除［Ｊ］．煤矿机械，２０１０，３１（１１）：２５１－２５４．

　　［３］朱泽祥．煤矿井下自制起重机的研制与应用［Ｊ］．能源技术与管理，２０１０（２）：１００－１０２．

　　［４］门智峰，范亚辉，许智．基于物联网的流动式起重机远程监控系统［Ｊ］．起重运输机械，２０１６（２）：１６－１７．

　　［５］王洪柱，丁克勤．履带起重机运行参数监测系统设计与应用［Ｊ］．中国特种设备安全，２０１９，３５（１１）：２６－２９．

　　［６］吴昊罡，潘彦宏，步超．智能起重机的控制系统与关键技术［Ｊ］．起重运输机械，２０１８（５）：６９－７２．

　　［７］丁冲，贾磊，郭晓光．门座起重机安全监控系统的设计与实现［Ｊ］．起重运输机械，２０１８（１０）：９６－９８．

　　［８］周叶平，廖志雄，綦义洪．基于ＳＴＭ３２的桥式起重机安全监控系统设计［Ｊ］．矿山机械，２０１６（６）：２８－３０．

　　［９］章程．基于ＰＬＣ模糊控制的桥式起重机变频调速系统的研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１５：１２－１３．

　　［１０］刘林山，毕文香．履带起重机智能化关键技术及在安全监控系统应用［Ｊ］．起重运输机械，２０１９（７）：６９－７２．

　　［１１］安婷婷，祝虎，刘盼．起重机械安全监控管理系统实施方案［Ｊ］．起重运输机械，２０１９（６）：７４－７７．