ABB礦山提升機(jī)停車噪聲分析及對策

王志凱

(五礦集團(tuán)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

1 提升系統(tǒng)停車發(fā)出噪聲不正?，F(xiàn)象

安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司李樓鐵礦1#主井提升機(jī)主機(jī)型號為JKM4×6(Ⅲ)E，摩擦輪直徑4 m，直流電機(jī)直聯(lián)方式，箕斗自重29 t，平衡錘配重46.65 t，載重34 t，全速10.05 m/s。采用ABB公司DCS800傳動系統(tǒng)。［1］提升機(jī)近2年來安全平穩(wěn)運(yùn)行，在各機(jī)械部位的磨合匹配后，出現(xiàn)了每次正反向停車抱閘時都會發(fā)出不正常噪聲，且空箕斗下放到裝載位置時有輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2 原因分析以及處理方法的設(shè)想

噪聲的產(chǎn)生肯定是由于振動，停車出現(xiàn)不正常噪聲應(yīng)該是貼、抱閘時刻與大型直流電機(jī)控制運(yùn)行配合的問題。經(jīng)過調(diào)整貼閘壓力、抱閘時刻，效果都不是非常理想。由于機(jī)械響應(yīng)速度遲站回緩，液壓油壓力的延時，機(jī)械機(jī)構(gòu)能夠調(diào)整的極限反應(yīng)時間大約在1 s左右，不能很好地解決這個問題。為了徹底解決噪聲問題，提出了從電控系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)上調(diào)整改進(jìn)控制方式的設(shè)想。利用ABB公司的傳動維護(hù)調(diào)試工具Drivewindow對電機(jī)控制進(jìn)行毫秒級的精確調(diào)試匹配［2］。

3 傳動系統(tǒng)控制分析

ABB提升機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制，在轉(zhuǎn)矩控制模式下時，速度由負(fù)載決定。同樣，當(dāng)運(yùn)行在速度控制模式下時，轉(zhuǎn)矩大小由負(fù)載決定。速度和轉(zhuǎn)矩對用戶來說是2個最主要的因素，可以直接通過電樞電流來控制:轉(zhuǎn)矩控制為內(nèi)環(huán)，速度控制為外環(huán)［3］。

提升機(jī)啟動停車的過程就是2種控制方式的切換過程，啟動時傳動系統(tǒng)控制電機(jī)預(yù)先施加預(yù)置轉(zhuǎn)矩，在提升機(jī)松閘運(yùn)行后立即切換到速度控制;停車時也是由速度控制切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下。針對噪聲只存在停車時的情況，我們要關(guān)注2種控制方式的切換時刻。傳動系統(tǒng)接收來自電控系統(tǒng)的指令控制電機(jī)的運(yùn)行，并通過反饋電流和編碼器實(shí)時讀取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

4 采集傳動曲線分析

利用Drivewindow采集停車前各個過程數(shù)據(jù)分析，重點(diǎn)關(guān)注停車時刻的幾個相關(guān)參數(shù)曲線變化:電機(jī)反饋速度值1;來自電控PLC給傳動系統(tǒng)的運(yùn)行指令2;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3;速度給定值4;轉(zhuǎn)矩控制選擇5;見圖1。

圖1 停車前過程曲線

從圖1中可以看出，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3有一個下降又上升然后保持平穩(wěn)的趨勢，表明電機(jī)減速至停車前的爬行速度，到接近停車時速度給定值4已經(jīng)為0。從此段曲線至完全抱閘停車時刻105.780 s處的趨勢可以看出，來自電控PLC給傳動系統(tǒng)的運(yùn)行指令2與轉(zhuǎn)矩控制選擇5同時切換;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩值有一個小的凸起趨勢，說明抱閘后，電機(jī)切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下時電機(jī)還在出力，從而導(dǎo)致抱閘時會產(chǎn)生振動響聲。所以，為了解決這個問題，要同時兼顧停車前轉(zhuǎn)矩控制切換時刻的調(diào)整和轉(zhuǎn)矩大小的限幅。

5 電控軟停車程序的設(shè)計(jì)

原停車控制方式的切換是在抱閘命令產(chǎn)生時，速度控制模式即時轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制模式，這樣會由于轉(zhuǎn)矩輸出不夠平穩(wěn)產(chǎn)生振動噪聲。設(shè)想如果把速度控制模式切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下運(yùn)行的時刻延時到徹底停車抱閘以后，這樣停車的效果會不會降低或者消除由于抱閘后轉(zhuǎn)矩還在輸出而帶來的噪聲，也就是完全利用速度控制去實(shí)現(xiàn)軟停車。在提升機(jī)傳動控制程序中添加一段延時切換為轉(zhuǎn)矩控制模式的程序，將延時時間設(shè)置到抱閘停車以后，見圖2［4］。

圖2 停車后延時切換轉(zhuǎn)矩控制

增加這段程序代碼后，提升機(jī)停車時就可按照設(shè)置的PT延時時間去切換控制方式。投入后再次采集曲線觀察停車時的狀態(tài)效果，振動噪聲明顯減小，但是出現(xiàn)了滾筒輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，也就是說這種設(shè)想是有效的。但是完全的采用速度控制停車造成了停車輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，所以轉(zhuǎn)矩控制也是不能完全舍去的。再設(shè)想投入停車轉(zhuǎn)矩限幅，與控制方式延時切換一起投入，讓速度控制切換后以一個很小的轉(zhuǎn)矩去控制電機(jī)從而平穩(wěn)的抱閘停車。從多次反復(fù)試驗(yàn)觀察，停車前速度控制切換過早會有振動噪聲(轉(zhuǎn)矩過大，不夠平穩(wěn));切換過晚又會引起滾筒翻轉(zhuǎn)(抱閘停車后轉(zhuǎn)矩輸出起不到閘住滾筒的作用)。

在速度控制切換為轉(zhuǎn)矩控制前，將轉(zhuǎn)矩限幅在一個合適的不會產(chǎn)生振動噪聲又能平穩(wěn)抱閘且不反轉(zhuǎn)的范圍，在控制方式切換的時刻立即投入，這樣就應(yīng)該可以解決這個問題。在傳動控制程序P45中添加一個轉(zhuǎn)矩限幅的窗口功能，在PLC切換控制方式指令到來前進(jìn)行限幅輸出，見圖3［5］。

圖3 停車前轉(zhuǎn)矩限幅窗口程序

增加的時間變量控制模式切換信號的延時的PT延時時間一定要小于轉(zhuǎn)矩限幅延時的PT延時時間，這樣才能保證在切換為轉(zhuǎn)矩控制模式前先對轉(zhuǎn)矩有效限幅。變量正向轉(zhuǎn)矩限幅值和反向轉(zhuǎn)矩限幅值分別通過ABB傳動通訊驅(qū)動器設(shè)置指針地址到傳動參數(shù)最大轉(zhuǎn)矩(TorqMax 20.05)和最小轉(zhuǎn)矩(TorqMin 20.06)進(jìn)行限幅值的寫入。

6 優(yōu)化軟停車控制方式后的效果

經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，在振動噪聲與滾筒反轉(zhuǎn)之間取一個平衡點(diǎn)，根據(jù)工況每次調(diào)整2個PT延時的毫秒級時間以及限幅的大小，獲得了一個比較平穩(wěn)合適的停車曲線，見圖4。

圖4 優(yōu)化后的停車前過程曲線

從圖4中可以看出，在85.040 s處，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩［3］立即以一個很小的平穩(wěn)下降趨勢至抱閘時刻，此時刻先于來自PLC給的停車指令［2］且先于轉(zhuǎn)矩控制模式選擇控制模式選擇變量指令［5］。試驗(yàn)后針對我公司李樓1#主井的運(yùn)行工況確定了以下幾個變量合適的設(shè)置值。其他主井系統(tǒng)可作為參考進(jìn)行精確毫秒級的調(diào)整，見表1。

7 結(jié)論

針對提升系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)受其材料性能影響，而不能到達(dá)更高精度控制和激勵響應(yīng)效果的情況，要利用高動態(tài)性能檢測分析手段對過程數(shù)據(jù)進(jìn)

表1 李樓1#主井軟停車參數(shù)設(shè)置

行分析，多次反復(fù)試驗(yàn)，在動態(tài)值范圍內(nèi)找出合適的參數(shù)用以調(diào)整最終機(jī)械機(jī)構(gòu)的執(zhí)行效果。本研究所述的這種軟停車思路成功解決了提升機(jī)停車抱閘噪聲和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了提升機(jī)全負(fù)荷下高效安全運(yùn)行。

［1］ 中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司.李樓鐵礦采選工程初步設(shè)計(jì)［R］.秦皇島:中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司，2010.

［2］ DCS800系列直流模塊固件手冊［M］.［S.l.］:ABB公司，2009.

［3］ ABB直接轉(zhuǎn)矩控制傳動技術(shù)指導(dǎo)手冊［M］.［S.l.］:ABB公司，2010.

［4］ 馬建民，趙增玉，等.現(xiàn)代提升機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

［5］ AC800M編程手冊［M］.［S.l.］:ABB公司，2009.