新型非接觸式供電重載過跨車

供稿|陳建華，韋富強(qiáng)，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(chǎn)中，鋼卷需要多次在不同機(jī)組間轉(zhuǎn)移。過跨車作為不同工作跨間的橫向運(yùn)輸工具，在生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電，其局限性：一是受電纜卷筒大小的限制，運(yùn)行距離一般不能超過100 m；二是沒有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，無法接入到工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)，無法自動(dòng)跟蹤和傳遞過跨車上鋼卷的相關(guān)信息，影響生產(chǎn)管理自動(dòng)化整體水平及總體效率。

本文介紹了由首鋼國際工程技術(shù)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(shù)和非接觸式通訊技術(shù)，可以長距離運(yùn)行、自動(dòng)跟蹤和傳遞過跨車上的鋼卷信息、并能夠與廠房大門等設(shè)施聯(lián)鎖，可以幫助實(shí)現(xiàn)冷軋車間全自動(dòng)物流管理。

非接觸式供電原理

非接觸供電技術(shù)是20世紀(jì)90年代才發(fā)展起來的新型的供電方式，不需要充電，不產(chǎn)生滑動(dòng)磨損、沒有接觸火花以及碳積累，沒有導(dǎo)體裸露觸電風(fēng)險(xiǎn)，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(diǎn)，具有安全、免維護(hù)、供電距離長、能夠在潮濕、多塵等環(huán)境下運(yùn)行的特點(diǎn)，電能傳輸效率可達(dá)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(chǎn)生交變磁場，交變磁場再使二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)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(gè)獨(dú)立部分。非接觸式供電系統(tǒng)的一次部分不再是一個(gè)線圈，而是一個(gè)導(dǎo)體環(huán)，這個(gè)導(dǎo)體環(huán)外觀如同一對電纜，可以沿過跨車運(yùn)行軌道鋪設(shè)。二次側(cè)是車載拾電器，能夠與埋于地面下的導(dǎo)體環(huán)進(jìn)行感應(yīng)藕合，將地面下導(dǎo)體環(huán)的電能拾取到車上以驅(qū)動(dòng)車上傳動(dòng)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(dǎo)體環(huán)自由移動(dòng)。

一次導(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu)和普通的同軸電纜基本一致，由絕緣介質(zhì)、內(nèi)導(dǎo)體以及外導(dǎo)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(dǎo)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(huì)影響電纜內(nèi)部的信號。如果在普通同軸電纜的外導(dǎo)體周期性開設(shè)槽孔，電磁波在漏泄電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)也通過開設(shè)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(yīng)到漏泄電纜內(nèi)部進(jìn)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(shí)現(xiàn)車載PLC與工廠三級管理網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳遞，從而將過跨車納入了工廠生產(chǎn)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(yùn)輸60 t鋼卷，運(yùn)行速度達(dá)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(jī)械部分主要包括車體、車輪、齒輪電機(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn)過跨車移動(dòng)通訊，進(jìn)而可以與三級生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

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

手動(dòng)模式：根據(jù)需要，操作工可手動(dòng)控制車的前進(jìn)、后退、停止。

本地自動(dòng)模式：運(yùn)行路線兩端及中間各設(shè)有固定停止點(diǎn)（裝卸點(diǎn)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(dāng)前點(diǎn)自動(dòng)運(yùn)行至任一停止點(diǎn)。

在線自動(dòng)模式：所有運(yùn)輸車的控制可接入全廠物流自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠物流運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化。

由于該過跨車要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)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(hù)，主要配置有：

聲光報(bào)警器，用于安全報(bào)警和提示；

安全防撞桿，位于車體前后方并探出車體，當(dāng)物體接觸車體前的防撞桿時(shí)，防撞桿觸動(dòng)桿內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)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(shè)備造成損壞；

激光安全保護(hù)裝置，每臺(tái)運(yùn)輸車前后可裝激光安全掃描儀?？稍O(shè)置警示區(qū)域和停止區(qū)域，當(dāng)運(yùn)行方向前方物體進(jìn)入警示區(qū)域內(nèi)，運(yùn)輸車降速并進(jìn)行聲光報(bào)警；當(dāng)物體繼續(xù)進(jìn)入安全區(qū)域時(shí)無條件停車；物體出安全區(qū)域后運(yùn)輸車自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行；

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

圖4 車間布置圖

經(jīng)濟(jì)效益評述

如圖4所示，冷軋廠某區(qū)域是3座廠房，共8個(gè)工作跨。工藝上需要有3個(gè)運(yùn)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(tái)過跨車（實(shí)際用4臺(tái)過跨車，2#運(yùn)輸線上兩臺(tái)，一用一備）和3段軌道即可完成，極大地簡化了鋼卷運(yùn)輸組織，中間也不需天車倒運(yùn)。采用非接觸式通訊，又可以實(shí)現(xiàn)鋼卷的自動(dòng)跟蹤及工藝數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了長距離運(yùn)輸，節(jié)省軌道數(shù)量及運(yùn)輸車數(shù)量，物流工藝簡單高效.

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

能夠與生產(chǎn)管理系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)了在線自動(dòng)運(yùn)行。

實(shí)現(xiàn)了一線多車運(yùn)行，增加了物流的靈活性。

能夠露天運(yùn)行，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。

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(dòng)定員，降低生產(chǎn)運(yùn)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(tái)運(yùn)輸車，每臺(tái)都要有人跟車操作，且運(yùn)輸過程中還需要進(jìn)行鋼卷轉(zhuǎn)運(yùn)，需要天車工和吊運(yùn)指揮人員，考慮到四班三運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)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(yùn)，而且過跨車具備較高的自動(dòng)化水平，不需要安排專職崗位定員，每年可節(jié)省費(fèi)用超百萬元。

美化工廠環(huán)境，視覺效果好。當(dāng)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(yùn)輸車無拖纜，無滑觸線，電纜埋在地下，地面無溝槽，運(yùn)輸線上地面平坦且便于清掃，視覺上車間更加整潔美觀。

結(jié)束語

采用非接觸式供電技術(shù)及非接觸式通訊技術(shù)的重載過跨車，完美解決了這個(gè)問題。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，非接觸式重載過跨車運(yùn)行穩(wěn)定，通訊功能強(qiáng)，能夠提高整個(gè)工廠的協(xié)同能力及運(yùn)行效率。

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