多种电气保护在JE36-400压力机上的应用

张博，任玉龙

（一汽解放汽车有限公司卡车厂，吉林 长春 130000）

0 引言

一汽解放汽车有限公司卡车厂冲压车间承担解放J6、J7各品系卡车驾驶室冲压件的生产任务。目前冲压车间拥有JE36-400压力机5台，每台压力机之间由人工进行上料和下料，通过皮带机将工件传送到下一工位，在线尾完成装箱码放，5台压力机及4台皮带机布置在一起便构成一条冲压手工生产线[1]。

JE36-400压力机在现生产过程中，由于设备自身出现的卡滞、失灵等问题造成离合器结合无法脱开还是会偶然出现，对生产操作人员来说存在一定的安全隐患，易出现压手等工伤事故，那么消除此类隐患对于工厂的安全生产管理和员工的人身安全意义重大，势在必行。JE36-400压力机的主电机功率为75KW，根据电机的设计原理，电机在运行时一般允许短时间过载，但是如果过载时间太长，电动机的温度超过允许值，就会造成绝缘老化，缩短使用寿命，严重时甚至烧毁绕组。为了防止电动机长时间过载运行而造成损坏，选择新的过载保护形式，能够对电机起到有效保护[2]。

1 连车报警装置的应用

1.1 单次行程

JE36-400压力机上死点为330°-30°，在上死点以单次模式启动压力机时需要通过移动按钮站的双手按钮来完成启动。按下双手启动按钮，通过PLC程序输出给继电器线圈供电，继电器吸合后离合器双阀得电，滑块动作。当滑块运行到180°时，松开双手启动按钮，滑块通过程序控制自动返回到上死点停车，完成一次“单次”启动冲程。

1.2 连车问题的具体体现

单次启动时按下双手按钮，滑块运行在30°～180°之间，当程序停止给双阀输出信号，如果接触器反馈触点接通，可判断为电气连车。当双阀控制接触器没有得电，编码器检查到滑块动作，可判断为机械连车，电气连车和机械连车统称连车故障[3]。在单次启动过程中，如果离合器双阀继电器触点粘连或者离合器双阀阀芯卡死，滑块将不受操作人员和程序控制，一直做连续往复运动。操作者得不到“连车故障”信息如果继续执行送件或取件动作，存在极大的安全隐患。现如今没有找到彻底消除“连车故障”的技术，所以为了将连车故障所带来的危害降低至最低，需增加连车报警装置。

1.3 设计原理

根据压力机单次运动特点，滑块在上死点角度330°-30°和单次返回角度180°-330°时，滑块向上运行相对于操作者是安全的；滑块在整个行程过程中，离合器双阀断电，滑块会继续运行，行走角度小于30°属于正常停止。根据此特点，设计压力机连车报警装置原理如下：压力机滑块在30°-180°运行时，PLC采集解算装置的滑块实时角度，如果逻辑控制程序没有给离合器双阀输出，滑块继续运行，此时如果制动角超出30°（出现连车故障），控制程序执行停止压力机主电机，飞轮制动阀同时得电对滑块进行快速制动，滑块卸荷阀得电，蜂鸣器发出报警，提醒操作者撤离压力机滑块。JE36-400压力机平均一个行程需要5.5s，正常人体反应时间为0.15s～0.4s。按照人体最慢的反应时间0.4s计算，0.4秒压力机滑块可行走26°左右。控制程序中设定滑块角度大于30°且小于180°时，如果连车就会触发报警，那么滑块超过上死点角度30°，加正常情况下的制动角30°，加上人类最慢反应时间0.4s对应滑块行走的角度26°，一共等于86°，远远没达到下死点的180°，设备操作者有足够的反应时间撤离压力机滑块。所以增加压力机连车报警功能，能够对操作者起到人身保护作用[4]。

1.4 连车报警装置程序控制方案

将十六进制1E转化为十进制30°放到DM214数据块中。滑块运行在30°到179°过程中，双阀控制接触器掉电触发一个上升沿脉冲，将当前角度分别赋值给DM70和DM20数据块中。双阀控制接触器掉电同时时间继电器开始计时，500ms后再次将当前角度赋值给DM20数据块。用DM20数据块的值减去DM70数据块的值，结果存放到DM250数据块中，如果DM250数据块的值大于第一步DM214中所赋值的30°，证明已经连车。将连车报警信号作为条件，触发蜂鸣器报警，并且可通过“故障复位”按钮复位连车报警。

2 新型过载保护装置的应用

2.1 主电机常见过载现象

（1）电机启动时，当飞轮刹车阀因故障没有打开，飞轮抱死，电机的启动电流增大，如果电机不足以克服刹车制动做功，电机将堵转，严重时甚至烧毁电机。

（2）控制回路的热继电器触头由于温度高而氧化，导致接触不良缺相；电机引线或电缆一相断开电机缺相运行，另外两相电流增大，长时间运行会烧毁电机。

2.2 新型过载保护装置的保护范围

（1）对断相、漏电、过压、欠压、短路及三相电流不平衡进行启动保护。

（2）依据最小相电流和最大相电流的比值判断是否需要保护动作，当任何两相间的电流值大于跳闸值，显示三相电流不平衡跳闸报警，执行三相电流不平衡（断相）保护。

（3）在电动机启动完成后，根据最大线电流和额定电流的比值判断是否需要保护动作。当电流值大于跳闸值，显示堵转跳闸报警，执行堵转保护[5]。

（4）对电动机电流值的跟踪计算来保护电动机免于因过流而缩短寿命或损坏，执行过流保护。

（5）依据测量电压和额定工作电压的比值判断是否需要保护动作。当电压值大于跳闸值，显示过压跳闸报警，执行过压保护。

（6）依据测量电压和额定工作电压的比值来判断是否需要保护动作。当电压值小于跳闸，保护器执行跳闸命令，开启欠压保护。

（7）当电流值大于额定电流值的8倍并持续一定时间，显示短路跳闸报警，执行短路保护。

2.3 方案设计

将压机主电机运转电流值作为比较基准进行方案设计，主要从包括硬件的选择、软件程序的编写。首先是应用过载保护装置，如图1所示，从电机主电源采集电流输入值，过载保护装置自带模拟量接口，用于读取电机启动电流和正常运转时的电流值，在JE36-400压力机上通过欧姆龙PLC组态中模拟量模块AD003进行模数转换进入PLC程序。通过SCL指令将读取的模拟量转换为实际可用的实际电流值，如图2所示，模数转换后的数据先进行实时存储，在主电机星角启动时以及正常运行时与设定数值进行比较，电机启动比较电流为525A，运转比较电流为150A，程序中设定跳闸时间为4s，当实际电流大于设定电流且超过跳闸时间，程序主电机运行条件断开，需要在新型过载保护器上按下复位按钮，故障清除后并查明电流过大原因，才能再次启动电机，从而达到对电机保护目的。

图1 过载保护装置接线配置图

图2 控制单元PLC程序

3 结语

手工单机连线生产的方式在冲压车间还较为普遍，设备的服役年限较长，电气控制及保护方法还停留在原设计上。通过电气技术的不断探索钻研，制定出上述电气改进方案。新的思考方式、新的技术导入、新的控制形式在JE36-400压力机上的应用，弥补了压力机没有连车的防范措施，有效的消除了安全事故的发生。同时电机保护装置的安装，使得压力机主电机的平稳运行得到保护，电机的使用寿命大大增加。经过长时间的验证，新技术的应用效果显著，维修时间和维修费用大幅降低，设备的可动率得到提高。现已将其余4台压力机全部按照此方案改善，此次改造也为同类型压力机电机保护提供了参考。