新型非接觸式供電重載過跨車

供稿|陳建華，韋富強，楊建立，蓋蔭亮，鄒鵬程，孟佳旎 / CHEN Jian-hua，WEI Fu-qiang，YANG Jian-li，GAI Yin-liang，ZOU Peng-cheng，MENG Jia-ni

冷軋生產中，鋼卷需要多次在不同機組間轉移。過跨車作為不同工作跨間的橫向運輸工具，在生產過程中必不可少。

傳統(tǒng)過跨車通過電纜卷筒纏繞電纜來實現(xiàn)移動供電，其局限性：一是受電纜卷筒大小的限制，運行距離一般不能超過100 m；二是沒有網(wǎng)絡通訊功能，無法接入到工廠生產管理系統(tǒng)，無法自動跟蹤和傳遞過跨車上鋼卷的相關信息，影響生產管理自動化整體水平及總體效率。

本文介紹了由首鋼國際工程技術有限公司（簡稱BESIET）承制的一種新型有軌重載過跨車，該車采用非接觸式供電技術和非接觸式通訊技術，可以長距離運行、自動跟蹤和傳遞過跨車上的鋼卷信息、并能夠與廠房大門等設施聯(lián)鎖，可以幫助實現(xiàn)冷軋車間全自動物流管理。

非接觸式供電原理

非接觸供電技術是20世紀90年代才發(fā)展起來的新型的供電方式，不需要充電，不產生滑動磨損、沒有接觸火花以及碳積累，沒有導體裸露觸電風險，克服了蓄電池、滑觸線、電纜卷筒等傳統(tǒng)供電方式的很多缺點，具有安全、免維護、供電距離長、能夠在潮濕、多塵等環(huán)境下運行的特點，電能傳輸效率可達到90%。

如圖1所示，非接觸式供電系統(tǒng)的工作原理類似于變壓器，由一次線圈產生交變磁場，交變磁場再使二次線圈產生感應電流。但與傳統(tǒng)變壓器不同的是，變壓器的一次線圈和二次線圈是緊密安裝在同一鐵芯上，而非接觸式供電系統(tǒng)的一次線圈和二次線圈是分開的兩個獨立部分。非接觸式供電系統(tǒng)的一次部分不再是一個線圈，而是一個導體環(huán)，這個導體環(huán)外觀如同一對電纜，可以沿過跨車運行軌道鋪設。二次側是車載拾電器，能夠與埋于地面下的導體環(huán)進行感應藕合，將地面下導體環(huán)的電能拾取到車上以驅動車上傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。拾電器與地面之間有10~15mm的空隙，能夠延導體環(huán)自由移動。

一次導體交變磁場的頻率一般為20000 Hz，是常規(guī)電源頻率的400倍。高頻率使大間隙下的有效電能傳輸成為可能。拾電器拾取的感應電流必須通過整流回路重新整流才能使用。

圖1 非接觸式供電系統(tǒng)原理[1]

非接觸式通訊系統(tǒng)

以漏波電纜通訊為例，介紹非接觸式通訊原理。漏波電纜的結構和普通的同軸電纜基本一致，由絕緣介質、內導體以及外導體組成。橫向電磁波沿著同軸電纜從發(fā)射端傳遞到電纜另一端。如果電纜外導體完全封閉，電纜傳輸?shù)男盘杽t與外界屏蔽，電纜外沒有電磁輻射，外界的其它電磁場也不會影響電纜內部的信號。如果在普通同軸電纜的外導體周期性開設槽孔，電磁波在漏泄電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r也通過開設的槽孔向外輻射電磁波，形成連續(xù)的無線電磁波漏泄場，外界的電磁場也能通過槽孔感應到漏泄電纜內部進而傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

如圖2所示，通過漏波電纜系統(tǒng)，可以實現(xiàn)車載PLC與工廠三級管理網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)傳遞，從而將過跨車納入了工廠生產管理系統(tǒng)之中。

過跨車的系統(tǒng)配置

如圖3所示非接觸式供電重載過跨車，可以運輸60 t鋼卷，運行速度達到25 m/min。

圖2 過跨車非接觸式通訊原理圖

圖3 非接觸式供電過跨車

過跨車的機械部分主要包括車體、車輪、齒輪電機及防撞裝置。

供電系統(tǒng)采用了穩(wěn)孚勒（Wampfler）公司或法樂（Vahler）公司）的15 kW非接觸供電裝置,為西門子變頻傳動系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)提供電源。

通訊系統(tǒng)采用了穩(wěn)孚勒（Wampfler）公司的IDAT通訊裝置或西門子漏波通訊裝置，實現(xiàn)過跨車移動通訊，進而可以與三級生產管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳遞。

車上設有PLC和控制面板，可直接對車的運行進行控制，也可用通過地面PLC對車載控制器發(fā)出指令對運輸車進行控制，控制方式有3種。

手動模式：根據(jù)需要，操作工可手動控制車的前進、后退、停止。

本地自動模式：運行路線兩端及中間各設有固定停止點（裝卸點A，B，C，…），操作控制面板置于車上，操作工可通過車上按鈕或遙控器讓車從當前點自動運行至任一停止點。

在線自動模式：所有運輸車的控制可接入全廠物流自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠物流運輸?shù)淖詣踊?/p>

由于該過跨車要實現(xiàn)自動運行功能，要求其安全系統(tǒng)必須是可靠的和完備的，并要求有多重保護，主要配置有：

聲光報警器，用于安全報警和提示；

安全防撞桿，位于車體前后方并探出車體，當物體接觸車體前的防撞桿時，防撞桿觸動桿內的微動開關并立即發(fā)出停車指令；

接地靴，接地靴保證了車體的安全接地，防止雷電對車上的電氣設備造成損壞；

激光安全保護裝置，每臺運輸車前后可裝激光安全掃描儀?？稍O置警示區(qū)域和停止區(qū)域，當運行方向前方物體進入警示區(qū)域內，運輸車降速并進行聲光報警；當物體繼續(xù)進入安全區(qū)域時無條件停車；物體出安全區(qū)域后運輸車自動恢復運行；

急停裝置，車體上設有急停按鈕。通過“手按”等簡單操作就可實現(xiàn)緊急停止功能。

圖4 車間布置圖

經濟效益評述

如圖4所示，冷軋廠某區(qū)域是3座廠房，共8個工作跨。工藝上需要有3個運輸線，最短的150 m，最長的是360 m。

采用非接觸式供電方式，僅需3臺過跨車（實際用4臺過跨車，2#運輸線上兩臺，一用一備）和3段軌道即可完成，極大地簡化了鋼卷運輸組織，中間也不需天車倒運。采用非接觸式通訊，又可以實現(xiàn)鋼卷的自動跟蹤及工藝數(shù)據(jù)的自動傳遞。

綜上所述，相對傳統(tǒng)過跨車，帶數(shù)據(jù)通訊功能的非接觸式供電過跨車有如下優(yōu)勢：

實現(xiàn)了長距離運輸，節(jié)省軌道數(shù)量及運輸車數(shù)量，物流工藝簡單高效.

長距離運輸，取消了中間的天車倒運，減少天車工作負荷，節(jié)省電能，更重要的是減少了天車夾鉗夾壞鋼卷的風險。

能夠與生產管理系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)了在線自動運行。

實現(xiàn)了一線多車運行，增加了物流的靈活性。

能夠露天運行，適應環(huán)境能力強。

沒有卷筒用軟電纜的損耗，減少過跨車的故障率。

節(jié)省勞動定員，降低生產運行成本。以圖4所示車間為例，如果采用傳統(tǒng)的電纜卷筒供電，需8臺運輸車，每臺都要有人跟車操作，且運輸過程中還需要進行鋼卷轉運，需要天車工和吊運指揮人員，考慮到四班三運轉，實際需要人數(shù)超過30人。而非接觸式供電過跨車不需要中間天車倒運，而且過跨車具備較高的自動化水平，不需要安排專職崗位定員，每年可節(jié)省費用超百萬元。

美化工廠環(huán)境，視覺效果好。當今現(xiàn)代化工廠對環(huán)境的越來越高，采用非接觸供電的運輸車無拖纜，無滑觸線，電纜埋在地下，地面無溝槽，運輸線上地面平坦且便于清掃，視覺上車間更加整潔美觀。

結束語

采用非接觸式供電技術及非接觸式通訊技術的重載過跨車，完美解決了這個問題。經生產實踐驗證，非接觸式重載過跨車運行穩(wěn)定，通訊功能強，能夠提高整個工廠的協(xié)同能力及運行效率。

[1] 顧佳煒 .非接觸供電系統(tǒng)工程化關鍵技術及其應用研究[學位論文]. 南京：南京航空航天大學，2011.