Система кранового электропривода КЭП

Система кранового электропривода КЭП на базе преобразователей частоты кранового исполнения

1. Цели и назначение КЭП

1.1. Назначение оборудования.

Система кранового электропривода КЭП выполнена на базе преобразователей частоты типа СТ2 производства фирмы ООО «НПП «ИТЭС» г Санкт-Петербург, Россия кранового исполнения и предназначена для управления механизмами крана.

Область применения систем кранового электропривода: краны мостовые электрические (общего назначения, металлургические и специального назначения), козловые, грейферные с одним или тремя крюками различной грузоподъемности, с короткозамкнутыми асинхронными двигателями, работающими в повторно-кратковременном режиме, и требующими плавного или дискретного регулирования скорости в двигательном и тормозном режимах.

1.2. Цели поставляемого оборудования:

• оснастить кран электрооборудованием, отвечающим современному техническому уровню;
• выполнять управление приводами крана и обеспечение требуемых характеристик механизмов крана,
• обеспечение надежной работы крана;
• осуществлять точное и эффективное управление электродвигателями механизмов крана
• уменьшить потребление электроэнергии;
• повысить безопасность работы крана;
• увеличить долговечность отдельных узлов и крана в целом;
• увеличить межремонтные сроки, сократить сроки профилактического обслуживания.

2. Описание объекта

Объектом предложения является система кранового электропривода (КЭП), предназначенная для управления механизмами крана. КЭП комплектуется асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами с преобразователями частоты на IGBT-транзисторах и микропроцессорным управлением. Крановые электродвигатели с короткозамкнутым ротором специального исполнения, с независимой вентиляцией. Преобразователи типа СТ2 специального кранового исполнения, позволяют полностью использовать повышенную перегрузочную способность крановых электродвигателей. КЭП обеспечивает режим работы электропривода во всех четырех квадратах, позволяет получить стабильную скорость перемещения рабочего механизма независимо от величины нагрузки и в большом диапазоне скоростей, позволяет очень плавно формировать процессы разгона и останова электропривода. Эти качества существенно облегчают работу оператора, повышают точность движения рабочих механизмов, снижают динамические нагрузки на механизмы и конструктивные элементы крана.

Таким образом, применение КЭП приводит к сокращению количества релейно-контакторной аппаратуры, что позволяет повысить надежность работы электрооборудования, и уменьшить трудозатраты на профилактическое обслуживание. Обеспечивает автоматическую защиту от превышения предельно допустимого веса груза, защиту двигателей (максимально-токовую, временно-токовую и др.). КЭП также обеспечивает управляемое электроприводом торможение (без тормозных колодок, которые служат лишь для удержания после полной остановки механизмов и торможения в аварийных режимах); экономию электроэнергии до 20%; возможность получения , близкого к единице; ограничение моментов как статических, так и динамических и позволяет дублировать дополнительные устройства ограничений. Резко увеличена безопасность работы электропривода, сокращается время поиска неисправностей.

Новые возможности КЭП позволяют по-иному программировать поведение электропривода при некоторых неполадках и отказах в работе оборудования. Например, при обрыве фазы в цепи питающих троллей. Во втором случае (обрыве фазы в цепи питающих троллей) работа цепей защиты происходит по несколько иному алгоритму по сравнению с традиционными электроприводами кранов, выполненных по релейно-контакторной схеме на асинхронных двигателях с фазным ротором. А именно: после обрыва фазы со стороны питающих троллей схема электропривода позволяет беспрепятственно закончить рабочую операцию, после чего обслуживающий персонал получает возможность поиска неисправности. При этом асинхронный двигатель (благодаря наличию неуправляемого выпрямителя на входе силовых цепей преобразователя частоты) продолжает работать в симметричном трехфазном режиме, обеспечивая полную паспортную грузоподъемность электропривода. Электродвигатель гидротолкателя продолжает работать в однофазном режиме, так как он питается от троллей. Но этот режим продолжительный и опасности перегрева двигателя гидротолкателя не происходит. Тормоз до момента срабатывания реле обрыва фазы питающего напряжения не накладывается. Принятый алгоритм работы цепей защиты при обрыве фазы питающего напряжения (на троллеях) позволяет исключить резкие рывки в удерживающих канатах и динамические перегрузки в несущих конструкциях крана.

3. Описание принятых технических решений

3.1. Общая структура автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП)

Структура условного обозначения: КЭП – 1 / 2 – 3 / 4 – 5 – 6 – 789

• 1 – грузоподъемность крана по ГОСТ 1575-81
• 2 – группа режима работы крана по ГОСТ 25546-82
• 3 – мощность двигателя главного привода, кВт
• 4 – мощность вспомогательного привода (при отсутствии опускается), кВт
• 5 – мощность двигателя тележки, кВт
• 6 – мощность двигателя перемещения моста, кВт
• 7 – управление:
• 1 – с пола
• 2 – из кабины релейно-контакторное
• 3 – из кабины микропроцессорное
• 4 – комбинированное управление
• 8 – исполнение конструктивное:
• 1 – раздельное с установкой ПЧ главного и вспомогательного привода исполнения IP54 вне шкафа управления.
• 2 – встроенное с установкой ПЧ главного и вспомогательного привода исполнения IP21 в шкафу управления
• 9 – опции. Комплектно с системой поставляется:
• Д – двигатели
• Э – инкрементный датчик (энкодер)
• Т – с тормозным резистором на главном проводе
• Р – с рекуперацией энергии в сеть
• Б – блок ограничения нагрузки

Символы могут располагаться в любом порядке. При отсутствии любого буквенного обозначения, опция отсутствует.

3.2. Общая структура электроприводов

Структура и состав КЭП

Системы кранового электропривода имеют модульную структуру, т.е. скомплектованы из отдельных готовых модулей, конфигурация которых выбирается набором опций и определяется Заказчиком. Модули КЭП состоят из низковольтных комплектных устройств (НКУ), изготовленных в соответствии с ТУ 3430-002-51493276-2007 «Низковольтные комплектные устройства. Технические условия».

В зависимости от мощности электродвигателей, приводящих в движение механизмы, конструкции крана и условий его эксплуатации, Заказчик может выбрать стандартный комплект оборудования или исполнение КЭП с дополнительным оборудованием в соответственно со структурой условного обозначения.

Стандартный комплект оборудования КЭП:

• Шкафы приводов подъема – ШР1, ШР2 для управления электродвигателями механизмов подъема крана;
• Шкафы приводов передвижения – ШР3, ШР4 для управления электродвигателями механизмов передвижения моста и тележек крана, а также механизмов, не требующих обратной связи по скорости: – однодвигательные – многодвигательные
• Модули торможения – МТ: – блоки тормозных резисторов;
• Шкаф системы управления – ШСУ для диагностики, оперативного контроля и управления механизмами крана;
• Шкаф ввода – ШР6 для подвода питания на электрооборудование крана Дополнительное оборудование
• Энкодеры для формирования обратной связи по скорости с электродвигателями механизмов подъема;
• Модули торможения: блоки торможения или исполнение ПЧН с рекуперацией энергии в сеть;
• Блок ограничения нагрузок крана;
• Пульт оператора;
• Аппаратура управления пульта оператора для управления и оперативного контроля за состоянием механизмов крана;
• Панель оператора;
• Комплект специальных электродвигателей
• Внешнее оборудование.

Функциональные возможности КЭП:

• пуск и торможение механизмов крана с заданным в ТУ крана ускорением;
• плавное регулирование скорости механизмов от нуля до номинального значения;
• ограничение предельных нагрузок механизмов;
• обеспечение всех необходимых блокировок при работе механизмов и крана в целом.

Системы кранового электропривода представляют собой набор модулей и компонентов, размещенных в электрошкафах заводского изготовления или в электропомещении контейнерного типа. При размещении модулей КЭП в «горячих» или не отапливаемых цехах, а также на открытой площадке, они комплектуются системой климат-контроля. Состав КЭП выбирается Заказчиком и зависит от мощности установленных на кране электродвигателей, числа и назначения (типа) механизмов крана, условий эксплуатации и т.д. Изготовление КЭП осуществляется при тесном взаимодействии с Заказчиком и с учетом характеристик существующих механизмов. Стандартная конфигурация КЭП может быть изменена по желанию Заказчика для обеспечения соответствия технологическим особенностям крана. Специалисты нашей компании готовы выполнить проекты любой сложности по доработке, привязке оборудования, изменению комплектации КЭП и т.д.

Наряду с созданием систем кранового электропривода на новых кранах, специалисты нашей компании готовы осуществить модернизацию уже существующего кранового оборудования, с внесением конструктивных изменений в электрическую и механическую части крана для повышения надежности, безопасности и производительности старого крана до уровня нового.

Характер реконструкции и конструктивных изменений в процессе модернизации крана:

В электрической части крана:

• схема регулирования реализуется на частотных преобразователях;
• электродвигатели с фазным ротором могут быть заменены на электродвигатели с КЗ ротором;
• командоконтроллеры управления заменяются на командоаппараты типа «джойстик»;
• релейно-контакторная схема управления заменяется программируемыми контроллерами.

В механической части крана:

• шкафы управления, стеллажи сопротивлений, конечные выключатели всех механизмов крана устанавливаются на новые установочные места;
• все шкафы управления устанавливаются на виброамортизаторы.

Основные параметры и характеристики КЭП

Системы кранового электропривода соответствуют требованиям:

• РД 10-08-92, ПБ 10-382-00 «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов»;
• ПУЭ, издание 7;
• ПОТ РМ 016-2001 «Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок»
• ГОСТ 29192-91 и ГОСТ 29254-91 по электромагнитной совместимости;
• ГОСТ 30533-97 по уровню индустриальных помех, создаваемых системой;
• ГОСТ 16962.1-89Е по механической прочности и устойчивости при транспортировке и эксплуатации;
• ГОСТ 26567-85 по электрическому сопротивлению и прочности изоляции.

3.3 Основные технические данные преобразователей СТ2

3.4. Габаритные размеры электрооборудования

Максимальный общий габарит сборки шкафов ШР составляет: 32000 1800 600 мм (ширина высота глубина). Габарит и мест установки шкафа ввода, этажерок тормозных резисторов и пульта оператора согласовывается с заказчиком. Данные габариты являются предварительными, и будут уточняться на этапе рабочего проектирования.

3.5. Базовое электрооборудование при проектировании

При проектировании электрической части КЭП применяется следующее электрооборудование:

1. Преобразователи частоты типа СТ2 кранового исполнения ООО «Крановый электропривод», Украина
2. Асинхронные электродвигатели с КЗ ротором, ООО «Кранрос», АО «Сибэлектромотор», Россия
3. Коммутационная аппаратура, Металлоконструкции, «ИЭЕ», Россия
4. Устройства управления и сигнализации ЗАО «Меандр», ООО «Новатек-Электро», Россия.

3.6 Описание дополнительного оборудования.

Энкодеры (опция)

Для формирования обратной связи по скорости в щитах приводов подъема применяются инкрементные энкодеры. Инкрементный энкодер относится к типу энкодеров, которые указывают направление движения и перемещения движущегося механизма. Выбор энкодера осуществляется по числу импульсов на оборот, установочным размерам, исполнению (способу установки), и согласовываются с Заказчиком. Возможна поставка электродвигателя уже укомплектованного энкодером на заводе-изготовителе. В комплекте с энкодером поставляется специальный кабель необходимой длины для подключения к преобразователю частоты. Длина кабеля зависит от длины моста крана. Используются энкодеры фирм IVO GmbH.Германия, ЗАО «СКБ ИС» Россия.

Модули торможения МТ

Торможение механизмов крана осуществляется преобразователями частоты, входящими в состав шкафов приводов подъема и передвижения. Тормозные колодки служат для удержания механизмов крана после полной установки. Для гашения энергии, возникшей во время торможения и возвращаемой двигателем в ПЧ, в системах кранового электропривода используются:

• тормозные резисторы (блоки тормозных резисторов) – входят в стандартный комплект КЭП типа ТР-1 или ТР-2, в зависимости от необходимой мощности рассеивания;
• блоки рекуперации – опция. Применение преобразователя частоты ПЧН-Р кранового исполнения с рекуперативным торможением.

Блоки тормозных резисторов

Тормозные резисторы предназначены для рассеивания избытка энергии в звене постоянного тока, возникающего при торможении механизмов крана. В КЭП используются тормозные резисторы мощностью при ПВ 30% ТР-1 9,3 кВт, ТР-2 18,6 кВт. Соответственно 15А, 40 Ом, ~600 В и 30А, 20 Ом, ~600 В. Резистивный элемент изготавливается из сплавов хрома и никеля (или железа) или хрома и алюминия (проволочная спираль или полоса). Охлаждение резистивного элемента – воздушное естественное. Тормозные резисторы выполнены в защитном кожухе из оцинкованной стали. Класс защиты кожуха IP20 (IP21 – по спецзаказу). Предельная температура поверхности защитного кожуха 200 0С. Блоки тормозных резисторов представляют собой металлическую конструкцию с установленными на ней тормозными резисторами необходимой мощности. Габаритные размеры и количество блоков зависят от количества и мощности тормозных резисторов.

Характеристики щитов приводов подъема ШР1 и передвижения ШР2,ШР3

Шкаф системы управления ШСУ

Система управления на базе программируемого логического контроллера предназначена для решения задач диагностики, статистического сбора и обработки всех сигналов и нагрузок, оперативного контроля и управления механизмами крана. Система управления построена по принципу: один контроллер управляет всеми механизмами крана, обмен данными между ШСУ и другими шкафами КЭП и управление осуществляется по сети (например, Profibus DP).

В состав системы управления входят:

• программируемый логический контроллер;
• блок питания шкафа для преобразования напряжения питающей сети;
• модули гальванической развязки (реле или модули гальванической развязки аналоговых входов/выходов);
• блок для подключения панели оператора – в случае заказа панели оператора;
• панель оператора – опция;
• блок сетевого обмена для подключения к блокам управления модулями приводов подъема и передвижения, для управления и обмена данными с этими модулями
• блок управления дополнительными внешними устройствами (например: сигнальными сиренами, лампами и др.) – опция;
• блок для подключения приборов индикации – в случае заказа сигнальных ламп;
• сигнальные лампы индикации: готовности ПЧ, сборки схемы, аварии – опция.

Шкаф ввода ШР6

ШР6 предназначен для обеспечения подвода питания на электрооборудование крана. В шкафу ввода установлены:

• вводные разъединители (рубильники);
• автоматический выключатель;
• контакторы блокировки;
• блок контроля напряжения (Umin, Umax, фазировка);
• блок защиты от перенапряжений для подавления скачков напряжения;
• автоматические выключатели питания внешнего и дополнительного оборудования;
• трансформаторы напряжения.

Шкафы ввода выбираются в зависимости от номинала тока вводного разъединителя и количества автоматических выключателей питания внешнего и дополнительно оборудования.

Шкафы ввода ШР6 являются низковольтными комплектными устройствами (НКУ) и изготавливаются в соответствии с ТУ 3430-002-51493276-2007 «Низковольтные комплектные устройства. Технические условия».

Внешнее оборудование (опция)

По желанию Заказчика нашей компанией может быть поставлено внешнее оборудование, такое как:

• Крановые весы
• Кабельная продукция
• Оборудование цепей освещения крана
• Станции управления грузоподъемными электромагнитами
• Элементы звуковой сигнализации
• Другое

Пульт оператора (опция)

Пульт оператора устанавливается в кабине крана, при этом улучшаются условия работы оператора за счет применения современной аппаратуры управления. Кроме того, у оператора появляется возможность оперативного контроля за состоянием механизмов крана. Расположение и комплектация пульта оператора определяется Заказчиком по опросному листу.

• пульты управления машиниста, состоящие из правой и левой тумб. Каждая тумба включает в себя аппараты управления соответствующего механизма, основные органы управления освещением, обогревом, цепями защит и блокировок, аппараты сигнализации. В качестве органов регулирования скорости механизмов используются контактные джойстики производства Германии с фиксацией в каждом положении. (По требованию Заказчика возможна поставка поворотного кресла-пульта с обеспечением регулировок кресла во всех направлениях); В состав пульта оператора могут входить:
• кресло оператора с консолями – неподвижное или поворотное;
• аппаратура управления и сигнализации:
• командоаппараты (джойстики) – дискретные или аналоговые (по типу сигнала, посылаемого в ЩСУ) с самовозвратом или без него;
• кнопки – сборка схемы, аварийный останов и другие по желанию Заказчика;
• светосигнальная аппаратура – лампы индикации готовности частотных преобразователей, аварийной сигнализации и другие, по желанию Заказчика.
• система климат-контроля кабины оператора.

Комплект электродвигателей (опция)

По желанию Заказчика вместе с КЭП могут быть поставлены трехфазные асинхронные электродвигатели серии АМТК-F («Кранрос», Россия) с короткозамкнутым ротором и высотой оси вращения 112...225 мм, предназначенные для комплектации приводов мостовых, козловых, башенных, портальных и других кранов в металлургии, строительстве и других отраслях промышленности. Диапазон мощностей от 5,5 до 55 кВт.

Благодаря специальной конструкции магнитопровода, применению новых типов обмоток статора, эти электродвигатели обеспечивают надежную работу в широком диапазоне частот вращения и при воздействии различных экстремальных факторов окружающей среды. Напряжение питания 220/380 В, 380/660 В, частота 50/60 Гц. Корпуса электродвигателей выполнены из чугуна марки Сч20. Стандартная степень защиты корпуса IP54. Класс изоляции F. Температура окружающей среды до +60 0С (специсполнение – до +80 0С). Высота установки – до 1000 м над уровнем моря.

Электродвигатели серии АМТК-F имеют следующие преимущества:

• экономия электроэнергии благодаря высокому кпд;
• полная адаптация к работе двигатель-преобразователь частоты, обеспечивающей высокие параметры регулирования;
• повышенный срок эксплуатации, надежность и термическая перегрузочная способность благодаря применению надежной изоляции;
• сниженные акустические показатели.

Могут быть применены рольганговые двигатели производства «Кранрос» или краново-металлургические электродвигатели типа МТКН или 4МТКМ производства АО «Сибэлектромотор», Россия.

Блок ограничения нагрузки крана (опция)

Прибор ОПН Альфа-М производства ООО НПП «АСБК» предназначен для установки на краны мостового типа, эксплуатирующиеся на открытом воздухе и в закрытых помещениях, с целью предотвращения перегрузки любой из грузоподъемных лебедок и всего крана, а также для регистрации параметров работы крана с помощью встроенного регистратора параметров (РП) в течение всего срока его службы.

Блок ограничения нагрузки крана предназначен для защиты крана от перегрузок при подъеме груза, от недопустимых ветровых нагрузок (при работе крана на открытом воздухе), от перекосов загрузки контейнеров (для контейнерных кранов), а также для отображения информации о фактической массе груза, степени загрузки крана и скорости ветра. Блоки ограничения нагрузки имеют встроенный регистратор параметров работы крана и часы реального времени. Регистратор позволяет получать информацию о величине поднятых грузов, интенсивности эксплуатации крана, о времени работы каждого из преобразователей частоты модулей приводов подъема и передвижения механизмов крана.

Блок ограничения нагрузки обеспечивает:

• прием из схемы электрооборудования грузоподъемного механизма крана сигналов включения механизмов подъема и передвижения;
• выдачу в систему управления сигналов управления механизмами подъема и опускания груза;
• вод рабочих характеристик крана и режимов работы ограничителя с лицевой панели;
• индикацию режимов работы и значений рабочих параметров крана;
• регистрацию параметров работы крана;
• сигнализацию о режиме работы крана; о загрузке крана; о превышении номинальной массы груза более, чем на 25%.
• Блок ограничения нагрузки поставляется в составе КЭП по желанию заказчика.

4. Радиоуправление краном

В соответствии с заданием, управление краном предусматривается с двух мест: из кабины и с помощью специального радиоустройства КРУ с переносного пульта. В комплект входит переносной приемно-передающий пульт радиоуправления А12, передающий команды управления механизмами крана с кнопок управления, стационарное приемно-передающее устройство А11 с контроллером управления механизмами крана и зарядное устройство.

КРУ относится к устройствам телемеханики и применяется для управления подъёмно-транспортным оборудованием, работающим в различных отраслях промышленности. КРУ предназначен для передачи и приёма радиосигналов управления механизмами крана по радиоканалу.

Включение системы производится переключателем из кабины управления, имеющим положения «кабина» и «радио». При этом в положении «кабина» управление краном осуществляется из кабины, управление с переносного пульта А12 исключается.

В положении «радио» исключается управление приводами крана из кабины крановщика. При этом сигнал управления с А12 поступает на приемо-передатчик А11, на выходе дешифратора которого появляется сигнал, включающий соответствующее исполнительное реле, контакты которого управляют электроприводами крана по заданной схеме. После включения ключа-марки на А12 готовность канала связи между А11 и А12 подтверждается световым индикатором «связь» на А12, а разрешение управления электроприводами крана − световым индикатором «готовность».

5. Сигнализация, электроосвещение, обогрев

5.1. Сигнализация

Проектом предусматривается звуковая и световая сигнализации. Звуковой сигнал оператор кабины подает кнопочным грибовидным выключателем, расположенным на пульте управления кабины, включая звонок громкого боя. Звонок также срабатывает при превышении веса поднимаемого груза.

Проектом предусматривается также технологическая световая сигнализация, осуществляемая при помощи сигнальных ламп, установленных на панели управления S1 в кабине. Схемой сигнализации предусматриваются следующие сигналы:

• “Готовность преобразователя главного подъема ”;
• “Авария преобразователя главного подъема ”;
• “Готовность преобразователя вспомогательного подъема ”;
• “Авария преобразователя вспомогательного подъема ”;
• “Готовность преобразователя передвижения тележки”; – “Авария преобразователя передвижения тележки ”;
• “Готовность преобразователя передвижения моста ”;
• “Авария преобразователя передвижения моста ”;
• “Обрыв фаз”.

Питание цепей сигнализации выполнено на напряжение 220 В, 50 Гц.

5.2. Электроосвещение, обогрев

Прожекторное освещение выполняется напряжением ~220 В, 50 Гц с помощью однофазного трехобмоточного трансформатора 9Т1 380/220-12 В. Управление прожекторным освещением реализуется переключателем, установленным в кабине, через промежуточное реле. Освещение кабины выполнено на напряжение ~220 В, 50 Гц. Цепи обогрева выполнены на напряжение ~380 В, 50 Гц.

6. Гарантийные обязательства и ЗИП

На все поставляемое оборудование распространяется гарантия 12 месяцев с момента ввода в эксплуатацию, но не более 18 месяцев с момента поставки. ЗИП согласовываются с Заказчиком дополнительно и в объем данного предложения не входит.

7. Объем поставляемой документации

• инструкция для операторов крана,
• инструкция по обслуживанию для оперативного персонала,
• проектная документация - структурная схема, - схемы электрические принципиальные,
• внешние виды панелей,
• таблицы внешних подключений,
• руководства на применяемое оборудование.

8. Обучение персонала заказчика

Выбор места проведения обучения и объема преподаваемого материала согласовываются с Заказчиком дополнительно. В любом случае обучение и инструктаж эксплуатационного персонала проводится непосредственно на рабочем месте перед запуском оборудования в работу.