干熄焦專用提升機的優(yōu)化改造方案研究

李 新

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

1 燃料供應(yīng)廠提升機現(xiàn)狀

燃料供應(yīng)廠干熄焦作業(yè)區(qū)75t和140t兩臺干熄焦提升機均為2006年投入使用，目前已使用約十年。近兩年兩臺提升機故障頻頻發(fā)生，特別是140t干熄焦提升發(fā)生兩次墜罐事故，嚴重影響正常的安全生產(chǎn)。進行系統(tǒng)分析：由于提升機投入使用約十年，變頻器及電氣系統(tǒng)進入故障高發(fā)期；在用的工作制動器只能保證提升機正常生產(chǎn)使用，如果工作制動器或與工作制動器相關(guān)的電氣設(shè)備發(fā)生故障就會造成墜罐事故。為保證安全生產(chǎn)，對兩臺干熄焦提升機進行升級改造。

2 改造方案

干熄焦專用提升機改造項目，包括以下兩部分：

機械部分、電氣部分；

改造主要內(nèi)容：①重新設(shè)計、更換卷筒；②在低速端每個卷筒盤上增加液壓盤式制動器；③更換變頻調(diào)速系統(tǒng)；④自控系統(tǒng)硬件的擴展；⑤對整套設(shè)備的軟件系統(tǒng)進行升級，完善故障報警、預(yù)警功能。

2.1 機械部分

重新設(shè)計卷筒，并新增卷筒安裝用軸承(SKF)及油封2套，拆除舊的卷筒及鋼絲繩，更換新設(shè)計的卷筒及鋼絲繩，鋼絲繩采用韓國大象品牌（CPM型6×36(WS)+IWRCФ34-1960-120m）。

主起升機構(gòu)增加帶液壓系統(tǒng)安全制動器(法國西姆)，安全制動器選擇法國西姆品牌SH15-3型液壓盤式制動器。兩套液壓盤式制動器由一套液壓系統(tǒng)控制。

（1）改造的提升機主要包括2大機構(gòu)。主起升和小車機構(gòu)。電機安裝在高速軸上，卷筒安裝在低速軸上，高速軸和低速軸通過減速器連接在一起。傳統(tǒng)的起升機構(gòu)制動器設(shè)在高速軸上，稱工作制動器。在這種情況下，如果高速軸和低速軸之間的某個傳動環(huán)節(jié)故障，主起升制動器對于卷筒將失去作用。針對這種情況，在卷筒上裝設(shè)制動器，稱安全制動器。在傳動環(huán)節(jié)故障和超速故障時，運行制動器先動作，安全制動器延時動作。確保起吊的焦罐能夠在事故狀態(tài)時受到保護并安全可靠制動。本次提升機改造選用法國西姆公司的液壓盤式制動器，型號為SH15-3。該制動器作用于低速卷筒盤上。如下工況時，安全制動器動作：①當主起升機構(gòu)傳動系統(tǒng)都失效，起重負荷在失控的狀態(tài)下超速下落時，作為起重機的最后一道安全防線，安全制動器將緊急上閘制動，在低速軸端(卷筒端)將負荷制動住，從而避免了事故的發(fā)生。②系統(tǒng)突然失電時。③操作者發(fā)現(xiàn)緊急情況，按下急停按鈕時。

（2）制動系統(tǒng)由以下部分組成。--制動器SH15；--液壓站及管路；--電氣控制箱。

起升機構(gòu)增加增量型編碼器，與安全制動器配合使用。增加制動器及編碼器的安裝底座等。

2.2 電氣部分

（1）變頻器選型。提升機現(xiàn)采用西門子70系列變頻器，已經(jīng)運行多年，變頻器元器件存在老化現(xiàn)象，這會增加故障的發(fā)生。本次改造更換整套變頻調(diào)速系統(tǒng)，原調(diào)速系統(tǒng)不再使用。系統(tǒng)采用多傳方案，即采用一套整饋裝置，采用多套獨立的逆變變頻裝置驅(qū)動兩臺電機及橫移電機。變頻系統(tǒng)選用西門子S120系列產(chǎn)品。

西門子S120系列驅(qū)動系統(tǒng)由不同的模塊組成，包括供電模塊、濾波器模塊、電機功率單元、附加功能模塊、控制單元。SINAMICS S120 驅(qū)動系統(tǒng)特點：①模塊化系統(tǒng)，適用于要求苛刻的驅(qū)動任務(wù)SINAMICS S120可以勝任各個工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中要求苛刻的驅(qū)動任務(wù)，并因此設(shè)計為模塊化的系統(tǒng)組件。大量部件和功能相互之間具有協(xié)調(diào)性，用戶因此可以進行組合使用，以構(gòu)成最佳方案。功能卓越的組態(tài)工具 SIZER 使選型和驅(qū)動配置的優(yōu)化計算變得方便快捷。②配有中央控制單元的系統(tǒng)架構(gòu)。在 SINAMICS S120上，驅(qū)動器的智能控制、閉環(huán)控制都在控制單元中實現(xiàn)，它不僅具有矢量控制、伺服控制，還有 V/f 控制功能，另外，控制單元還有所有驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)矩控制，以及驅(qū)動器的其他智能功能。各軸的互聯(lián)可在一個控制單元內(nèi)實現(xiàn)，可以在 STARTER 調(diào)試工具中進行組態(tài)。

③“高度靈活”的模塊化設(shè)計：SINAMICS S120 允許不同功率等級與控制性能的單元自由組合，所有系統(tǒng)組件之間都具有高度的兼容性。所有的裝置，無論整流還是逆變都可通過簡單并聯(lián)就可實現(xiàn)功率的增容；高度靈活的模塊化設(shè)計完全能夠滿足多種功能要求。④“一網(wǎng)到底”的通訊技術(shù)：上位通訊采用新一代高速工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)—PROFINET，該協(xié)議可以方便地集成到配置：內(nèi)部集成安全功能的書本型SINAMICS S120 連接到故障安全型SIMATIC 控制器。⑤裝置并聯(lián)的“無環(huán)流設(shè)計”：選用了新一代高性能 IGBT 和獨特的均流控制技術(shù)，裝置并聯(lián)增容時，只需滿足最短電機電纜的要求就可，而無需笨重而昂貴的平衡電抗或輸出電抗器。⑥四象限運行的“IGBT 智能整流”：全新的 IGBT 整流— SLM，在實現(xiàn)四象限運行的基礎(chǔ)上，成功避免了換流故障，又免除了傳統(tǒng)晶閘管正反橋整流/回饋所需的自耦變壓器，大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。⑦安全功能的“內(nèi)部集成”：安全控制功能集成在傳動內(nèi)部，內(nèi)部集成了“安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷”，“安全停止1”和“安全剎車控制”安全保護功能，因而無需額外的硬件，大大降低了安裝和接線成本。這種安全方案完全滿足 EN 954-1 類 3IEC 61508SIL2，ISO 13849-1 規(guī)范。

（2）變頻系統(tǒng)改造方案。選用西門子S120系列整饋＋逆變的方案。

（3）自控系統(tǒng)。原有PLC為施耐德昆騰系列產(chǎn)品，本次改造保留原有機架內(nèi)各PLC模塊。增加原品牌的部分I/O模塊及高速計數(shù)模塊等。對控制程序進行優(yōu)化，增加安全機制確保起重機安全運行。在HMI畫面中增加相應(yīng)的控制及狀態(tài)反饋。司機室內(nèi)新增一個300mmx400mmx500mm控制箱，該箱內(nèi)設(shè)置一個遠程站，完成對安全制動器的控制和信號的采集。增加遠程故障報警功能，采用WEB服務(wù)器發(fā)布。在相關(guān)人員手機上可以隨時訪問整個提升機及熄焦塔各設(shè)備的狀態(tài)。

（4）現(xiàn)場檢測元件及其它。①由于部分現(xiàn)場檢測元件存在干擾問題。在柜內(nèi)增加信號隔離開關(guān)，現(xiàn)場限位開關(guān)檢測到的信號通過隔離開關(guān)隔離后，再進入PLC。②工作限位采用磁接近開關(guān)，上超限下超限采用主令控制器方式與重垂限位機械限位合并控制，所有限位信號要進入PLC。采用P+F的U型限位，該限位的突出優(yōu)點：U型限位具有兩個檢測面，即便中間的感應(yīng)鐵有晃動，它能夠可靠地檢測信號，避免信號的丟失。③設(shè)計緊急運行系統(tǒng)，PLC故障時全手動運行（包括提升，走行），與正常系統(tǒng)完全隔離。④ 現(xiàn)在用的控制上、下限位的主令控制器由于誤差較大，進行重新設(shè)計更換。

3 結(jié)語

通過在干熄焦提升機機械部分增加安全制動器，保證在傳動系統(tǒng)故障，以及即使工作制動器失效時，確保起吊的焦罐能夠在事故狀態(tài)時受到保護并安全可靠制動；對變頻器及控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)整套干熄焦系統(tǒng)高效、安全穩(wěn)定運行。