裝船機(jī)俯仰制動(dòng)系統(tǒng)的控制與優(yōu)化

鄒吉慧，李文義

（1.遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110122；2.蒂森克虜伯工程技術(shù)（中國(guó)）有限公司北京分公司，北京 100020）

1 俯仰機(jī)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

裝船機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)用于升降臂架和溜筒，其機(jī)構(gòu)主要有主電機(jī)、應(yīng)急電機(jī)、齒輪箱、制動(dòng)系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)滾筒、鋼絲繩和滑輪組等機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 俯仰機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

俯仰機(jī)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)包括主電機(jī)操作制動(dòng)器，應(yīng)急電機(jī)操作制動(dòng)器和卷?yè)P(yáng)輥筒端部的安全制動(dòng)器三部分，其中，主電機(jī)操作制動(dòng)器是鼓式制動(dòng)器，安裝于主電機(jī)輸出軸側(cè)。應(yīng)急電機(jī)操作制動(dòng)器是鼓式制動(dòng)器，安裝于應(yīng)急電機(jī)輸出軸側(cè)。安全制動(dòng)器（兩個(gè)）是盤式制動(dòng)器，安裝于卷?yè)P(yáng)滾筒端部邊緣側(cè)。

2 操作制動(dòng)器控制

主電機(jī)操作制動(dòng)器跟隨主電機(jī)或應(yīng)急電機(jī)同步動(dòng)作，應(yīng)急電機(jī)操作制動(dòng)器跟隨應(yīng)急電機(jī)同步動(dòng)作。

2.1 操作制動(dòng)器原控制方案

操作制動(dòng)器原控制方案為西門子6SE70變頻器大全推薦設(shè)置方案，即電機(jī)啟動(dòng)時(shí)使能速度給定，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（或電流）達(dá)到設(shè)定值后打開(kāi)制動(dòng)器；電機(jī)停機(jī)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降為停機(jī)速度后關(guān)閉制動(dòng)器。

2.2 操作制動(dòng)器原控制方案問(wèn)題

（1）俯仰機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷隨俯仰角度變化而變化，從頂部到底部逐漸增大。如果按照底部的俯仰負(fù)荷設(shè)置開(kāi)制動(dòng)器開(kāi)閘閥值則當(dāng)俯仰在頂部時(shí)開(kāi)閘瞬間會(huì)存在過(guò)沖現(xiàn)象；如果按照頂部俯仰負(fù)荷設(shè)置開(kāi)制動(dòng)器開(kāi)閘閥值，則當(dāng)俯仰在底部時(shí)會(huì)存在開(kāi)閘溜勾現(xiàn)象。

（2）俯仰低速下降時(shí)，俯仰操作制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)存在溜勾現(xiàn)象，如圖2所示。因?yàn)橥ㄟ^(guò)使能主給定而生成的開(kāi)閘轉(zhuǎn)矩方向會(huì)跟隨主給定的方向。但提升類負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向始終向下，開(kāi)閘轉(zhuǎn)矩的方向應(yīng)該始終向上。

圖2 俯仰機(jī)構(gòu)下降溜勾圖

2.3 操作制動(dòng)器控制方案優(yōu)化

基于上述分析，優(yōu)化方案中不設(shè)置電機(jī)制動(dòng)器開(kāi)閘閥值，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)直接打開(kāi)制動(dòng)器并生成主給定，同時(shí)在變頻器斜坡函數(shù)之后的附加轉(zhuǎn)速加入一個(gè)5%額定速度（方向與負(fù)載相反，經(jīng)濾波器濾波）的階躍給定，則制動(dòng)器打開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載方向相反的階躍轉(zhuǎn)矩來(lái)抵抗負(fù)載下降。經(jīng)短暫延后撤銷該階躍速度給定。該方案相關(guān)的功能均在變頻器內(nèi)通過(guò)自由功能塊編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。由6SE70變頻器內(nèi)部自由功能塊搭建的制動(dòng)器控制邏輯如圖3所示。

圖3 6SE70附加階躍轉(zhuǎn)速邏輯圖

該方案的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果如圖4和圖5所示。

圖4 附加階躍方案上升開(kāi)閘

圖5 附加階躍速度下降開(kāi)閘

為了規(guī)避制動(dòng)器關(guān)閘后溜勾風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化的操作制動(dòng)器控制方案也增加了關(guān)閘溜勾檢測(cè)功能。方案為設(shè)置6SE70變頻器的脈沖封鎖延遲時(shí)間（P801），在此期間內(nèi)若發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器關(guān)閘后電機(jī)速度大于設(shè)定值，則立即輸出報(bào)警，同時(shí)立即啟動(dòng)變頻器（捕捉再啟動(dòng)方式P583）輸出轉(zhuǎn)矩保持負(fù)載懸停一定時(shí)間，裝船司機(jī)收到報(bào)警后應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急處理程序（拉升到頂部并鎖定）。如果在懸停時(shí)間內(nèi)沒(méi)有任何升降操作，則變頻器將按照設(shè)定的重復(fù)關(guān)閘次數(shù)重復(fù)嘗試關(guān)閉制動(dòng)器，超過(guò)設(shè)定次數(shù)后變頻器將以設(shè)定下放速度勻速將負(fù)載下放到最低位置。

3 安全制動(dòng)器控制

安全制動(dòng)器原控制方式為跟隨變頻系統(tǒng)的整流設(shè)備同步動(dòng)作。當(dāng)整流設(shè)備上電時(shí)打開(kāi)安全制動(dòng)器，整流設(shè)備斷電或出現(xiàn)緊急情況時(shí)關(guān)閉安全制動(dòng)器，即正常運(yùn)行時(shí)安全制動(dòng)器一直打開(kāi)。為了提高制動(dòng)系統(tǒng)的安全性，安全制動(dòng)器的動(dòng)作被調(diào)整為跟隨俯仰機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作，即俯仰機(jī)構(gòu)每次動(dòng)作時(shí)，安全制動(dòng)器先于操作制動(dòng)器打開(kāi)，后于操作制動(dòng)器關(guān)閉。這樣可大大降低因操作制動(dòng)器問(wèn)題引發(fā)的溜勾風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)俯仰制動(dòng)器控制的優(yōu)化，俯仰制動(dòng)器開(kāi)閘溜勾問(wèn)題得到了解決并且運(yùn)行順暢。通過(guò)設(shè)置制動(dòng)器關(guān)閘后的溜勾檢測(cè)和預(yù)防措施以及安全制動(dòng)器的工作時(shí)序調(diào)整，大大提高俯仰制動(dòng)系統(tǒng)的安全型。另外通過(guò)對(duì)俯仰急停和故障響應(yīng)機(jī)制的優(yōu)化處理，大大減少了之前急停和故障停機(jī)時(shí)對(duì)設(shè)備的巨大沖擊。

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