SINAMICSS120多傳動系統(tǒng)在干熄焦提升機(jī)上的應(yīng)用★

周亮亮

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

起重機(jī)作為一種物料搬運(yùn)設(shè)備，其高效、可靠、安全的運(yùn)行要求是起重機(jī)最重要的指標(biāo)要求。為確保起重機(jī)安全、可靠的運(yùn)行，應(yīng)盡量采用控制性能好的電氣控制系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用、微型計算機(jī)控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)成為了目前交流傳動的主流調(diào)速控制系統(tǒng)。帶有能量回饋功能的多傳動變頻調(diào)速裝置可以將電動機(jī)在再生發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的能量反饋到電網(wǎng)，使其在節(jié)能方面具有一定的優(yōu)勢。干熄焦提升機(jī)的作用是將焦炭罐內(nèi)熾熱的焦炭搬運(yùn)到干熄爐，安全、可靠是對干熄焦提升機(jī)最基本的要求，此外，提升機(jī)在下放重物的過程中，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)，經(jīng)反饋后會產(chǎn)生大量的電能。而將新一代的SINAMICSS120多傳動變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于干熄焦提升機(jī)，可以滿足提升機(jī)安全、可靠的運(yùn)行要求，并且可將制動產(chǎn)生的電能反饋回電網(wǎng)，做到節(jié)能、環(huán)保，是一種十分理想的電氣傳動方案。

1 變頻調(diào)速原理

異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

式中：n為轉(zhuǎn)速；f為異步電動機(jī)的供電電源頻率；s為電動機(jī)準(zhǔn)差率；p為電動機(jī)極對數(shù)。

由表達(dá)式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此，連續(xù)改變供電電源的頻率，可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速具有較好的調(diào)速效果，是現(xiàn)代交流調(diào)速方法中具有重要意義的一種調(diào)速方法。

2 SINAMICSS120交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.1 SNIANMICSS120變頻調(diào)速裝置

SINAMICSS120是一種高性能、高精度的變頻調(diào)速裝置。硬件上具有模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝、維護(hù)簡單易行，還具有強(qiáng)大的軟件功能，使其適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用場合。因此，該裝置能實現(xiàn)伺服控制、轉(zhuǎn)矩控制，速度控制及位置控制等多種控制方式，同時還能滿足運(yùn)動控制的要求。

SINAMICSS120變頻調(diào)速裝置具有AC/AC單機(jī)變頻和DC/AC多機(jī)傳動兩種形式。單機(jī)變頻器的整流部分和逆變部分是一體的，它適用于小功率單機(jī)的驅(qū)動控制。對于多機(jī)傳動裝置，整流部分可分為基本整流裝置（BLM）、回饋整流裝置（SLM）、有源整流裝置（ALM）?；菊餮b置僅用于整流運(yùn)行，不能將能量回饋給電網(wǎng)；回饋整流裝置既可以進(jìn)行整流供電，也能將能量回饋給電網(wǎng)；有源整流裝置同樣既可以進(jìn)行整流供電，也可以回饋電能，但與回饋整流裝置相比，有源整流裝置在電源側(cè)產(chǎn)生的實際電流效果接近正弦波，能抑制有害諧波。

2.2 SNIANMICSS120控制單元

SINAMICSS120的控制單元有CU310和CU320兩款，二者為變頻器提供了通訊和開環(huán)/閉環(huán)控制功能。其中CU310為單軸控制單元，僅能控制1臺變頻器，而CU320可以同時控制多臺變頻器?？刂茊卧哂蠨RIVE-CLIQ插口，用于與其他帶DRIVE-CLIQ插口的設(shè)備之間進(jìn)行通訊，且具有PROFIBUS（或PROFINET）接口以及各種數(shù)字量和模擬量輸入、輸出接口，以方便用戶應(yīng)用。此外，控制單元上還有一個RJ45接口，可方便用戶連接至PC端進(jìn)行變頻器的設(shè)定和調(diào)試等。

3 SNIANMICSS120變頻調(diào)速在干熄焦提升機(jī)上的應(yīng)用

干熄焦提升機(jī)（以下簡稱提升機(jī)）是焦化廠干熄焦系統(tǒng)中搬運(yùn)焦炭的關(guān)鍵設(shè)備。干熄焦系統(tǒng)以惰性冷氣體——氮?dú)鉃檩d體，在密閉的干熄爐內(nèi)完成冷卻焦炭過程，基本消除了濕熄焦排放的有害物質(zhì)和濕蒸汽。循環(huán)的惰性熱氣體熱量經(jīng)回收產(chǎn)生蒸汽并用于發(fā)電。提升機(jī)整體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 提升機(jī)整體設(shè)備結(jié)構(gòu)

3.1 工藝性能要求

提升機(jī)的主要工作就是不斷地將裝滿熾熱焦炭的焦罐從地面罐車提升至提升塔架最高處，再平移到干熄爐，將焦炭倒入干熄爐內(nèi)，然后平移推出，最終將空焦罐放回至地面罐車上。

提升機(jī)處于露天環(huán)境中，工作環(huán)境惡劣，長期滿負(fù)荷自動運(yùn)行，全年工作，基本無休。由于提升機(jī)處在整個焦炭生產(chǎn)鏈中，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，將影響正常生產(chǎn)，所以必須保證提升機(jī)運(yùn)行的高效性、可靠性。此外，還要求提升機(jī)能夠?qū)⒖战构尴路胚^程中產(chǎn)生的能量回饋回電網(wǎng)，從而做到綠色節(jié)能。

本文以某焦化廠79 t提升機(jī)為例進(jìn)行介紹。

提升機(jī)基本設(shè)計參數(shù)：提升質(zhì)量79 t，提升高度35 m，提升速度2～20 m/min，走行速度4～40 m/min。

3.2 提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

提升機(jī)采用的起重設(shè)備的典型控制結(jié)構(gòu)為PLC+傳動控制，利用現(xiàn)場總線來實現(xiàn)PLC與變頻器通訊，避免了外部的大量控制線，使整個控制系統(tǒng)更加簡單。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)

3.3 79 t提升機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成

79 t提升機(jī)電氣部分主要由配電機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、走行機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)以及起重機(jī)操作控制系統(tǒng)等部分組成。

3.3.1 配電機(jī)構(gòu)

配電機(jī)構(gòu)由2套355 kW的SLM整流回饋單元組成，其中1號整流回饋單元為1號提升逆變器和1號走行逆變器供電，2號整流回饋單元為2號提升逆變器和2號走行逆變器供電。并且當(dāng)其中一套出現(xiàn)故障的時候，可以迅速將其從系統(tǒng)中隔離出來進(jìn)行檢修，另外一套整流回饋單元驅(qū)動對應(yīng)的提升和走向逆變器正常工作。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方面，采用的是CU320控制單元，它可以同時控制多臺裝置。本提升機(jī)共設(shè)置2套CU320控制單元，1號CU320控制1號整流回饋單元、1號提升逆變器和1號走行逆變器，2號CU320控制2號整流回饋單元、2號提升逆變器和2號走行逆變器。CU320與PLC之間采用PROFIBUS總線通訊。

3.3.2 起升機(jī)構(gòu)

主起升機(jī)構(gòu)由2臺200 kW的三相交流異步電機(jī)驅(qū)動，2臺電機(jī)各自采用1臺315 kW的逆變器控制，采用帶速度反饋的閉環(huán)矢量控制方式。速度為三檔，分別為2 m/min、10 m/min和20 m/min。系統(tǒng)按照PLC內(nèi)預(yù)先設(shè)定好的程序，通過PROFIBUS總線通訊，將速度指令發(fā)送給逆變器，由驅(qū)動電動機(jī)輸出相應(yīng)的速度。逆變器按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)控制電動機(jī)起動、停止，并保障各檔速度過渡平穩(wěn)、無沖擊，屬于檔位無級調(diào)速方式。

3.3.3 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)由2臺37kW的三相交流異步電機(jī)驅(qū)動，2臺電機(jī)各自采用1臺71 kW的逆變器控制，采用帶速度反饋的閉環(huán)矢量控制方式。速度為兩檔，分別為4 m/min、40 m/min，控制方式與起升機(jī)構(gòu)完全相同。

3.3.4 操作控制

提升機(jī)的操作控制方式通常為無人操作全自動控制，PLC系統(tǒng)通過位置信息自動判斷并輸出運(yùn)行指令來控制起重機(jī)運(yùn)行。此外，提升機(jī)還可以切換為司機(jī)室內(nèi)手動控制，通過操作控制臺來控制提升機(jī)工作。

4 SNIANMICSS120裝置常見故障及處理方法

采用SNIANMICSS120變頻調(diào)速系統(tǒng)的提升機(jī)自2012年投產(chǎn)至今，起重機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)過技術(shù)人員和維護(hù)人員的不懈努力，總結(jié)出大量處理故障的經(jīng)驗，把故障影響降低到最低點(diǎn)，保證了起重機(jī)安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。以下是幾起常見故障的原因和處理思路。

4.1 F31118：轉(zhuǎn)速差值超出容差

當(dāng)SINAMICSS120裝置檢測到編碼器反饋的實際速度與裝置的給定速度偏差超出了參數(shù)P0492中所設(shè)定的值時，就會報轉(zhuǎn)速差值超出容差故障。引起該故障可能的原因有：編碼器損壞、編碼器連接電纜接線中斷、編碼器屏蔽效果不好、信號受到干擾。

當(dāng)出現(xiàn)此故障時，分析問題的思路容易局限在設(shè)備元件及接線上，誤認(rèn)為是編碼器通訊模塊（SMC30）或編碼器有問題，或者認(rèn)為是接線相序錯誤，實際應(yīng)根據(jù)具體情況分析排查，準(zhǔn)確判定故障原因。

在設(shè)備調(diào)試期間如果出現(xiàn)此故障，應(yīng)首先檢查接線是否正確，并且可以用示波器（或萬用表）測量編碼器脈沖信號是否正常，其次應(yīng)重點(diǎn)檢查編碼器信號是否受到了干擾。編碼器電纜必須選用屏蔽電纜且做好雙端接地（若變頻器與被驅(qū)動電動機(jī)之間沒有接地連接，則應(yīng)單端接地），編碼器電纜與動力電纜應(yīng)分開附設(shè)，間距不應(yīng)小于200 mm。在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，由于信號干擾出現(xiàn)此故障的可能性相對較小，如果出現(xiàn)此故障，應(yīng)首先檢查電纜接線是否中斷，編碼器是否損壞。例如，某鋼廠提升機(jī)運(yùn)行3年多后，1號提升逆變器報故障F31118，更換編碼器電纜后仍然不能排除故障，隨后用萬用表檢查編碼器脈沖信號，發(fā)現(xiàn)A、B通道無信號輸出，判定編碼器損壞，更換新編碼器后故障排除。

此外，采用光纖傳輸?shù)姆绞娇梢杂行П苊庑盘柛蓴_，提高反饋信號的可靠性和穩(wěn)定性。

4.2 F07902：電機(jī)停轉(zhuǎn)

當(dāng)檢測到電機(jī)停轉(zhuǎn)的時間超過參數(shù)P2178的設(shè)定值時，變頻調(diào)速裝置就會報電機(jī)停轉(zhuǎn)故障。引起該故障可能的原因有：負(fù)載過大，電流極限設(shè)置過低；轉(zhuǎn)速反饋信號丟失（編碼器斷線等）。

當(dāng)出現(xiàn)此故障時，首先應(yīng)檢查制動器是否能夠正常打開，若制動器不能正常打開，電動機(jī)堵轉(zhuǎn)，則會報故障。此外，還應(yīng)檢查編碼器接線的極性是否正確。例如，2016年唐山某焦化廠2號干熄焦提升機(jī)在更換電動機(jī)之后進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)時，逆變器報故障F07902，更改電動機(jī)測速編碼器接線的極性后，故障排除。

4.3 超速（溜鉤或溜車）故障

起升機(jī)構(gòu)或者行走機(jī)構(gòu)在減速停車過程中，不能按照參數(shù)中設(shè)定的減速時間進(jìn)行制動停車，就會出現(xiàn)溜鉤或溜車，甚至有可能發(fā)生超速故障。引起該故障的可能原因是：制動器閘皮調(diào)整過松或閘皮磨損，制動力矩不足；激活了逆變器的Vdc控制器。

當(dāng)出現(xiàn)此故障時，同樣應(yīng)先檢查制動器制動力矩是否正常，調(diào)整制動器制動力矩，如果閘皮磨損嚴(yán)重，則需要更換制動器閘皮。

對于第二種情況，由于激活了Vdc控制器，當(dāng)在減速過程中能量回饋的時候，直流母線電壓會升高，當(dāng)電壓升高到r1282中的閥值（r1282=1.15*1.414*P0210）時，Vdc控制器會主動通過延長減速制動時間來降低能量回饋，從而抑制直流母線電壓的升高。因此，遇到這種情況應(yīng)關(guān)閉Vdc控制器，并將參數(shù)P1240設(shè)為0，P1280設(shè)為0。

4.4 F0600：供電預(yù)充電故障

該故障是指在電源接觸器接通之后，在規(guī)定的時間內(nèi)，主回路沒有接通，整流單元啟動失敗。引起該故障的可能原因是：進(jìn)線電源電壓低或者沒有電源電壓；由于直流母線電容過大或母線接地等原因，導(dǎo)致預(yù)充電電阻過熱；裝置內(nèi)部線路有斷線，導(dǎo)致主回路無法接通；進(jìn)線電源電壓（P0210）、預(yù)充電監(jiān)控時間（P0857）等參數(shù)設(shè)置錯誤。

出現(xiàn)此故障時，首先應(yīng)檢查進(jìn)線電源電壓是否正常，如果進(jìn)線電源電壓正常，應(yīng)重點(diǎn)檢查裝置內(nèi)部的線路是否有虛接或者短接，導(dǎo)致主回路合閘信號無法接通，如果故障仍未解決，則重點(diǎn)考慮預(yù)充電板、預(yù)充電電阻等元件是否有損壞。

5 結(jié)語

將新一代的SINAMICSS120系列變頻調(diào)速裝置應(yīng)用在干熄焦提升機(jī)上后，實現(xiàn)了提升機(jī)安全、可靠的運(yùn)行要求，并使電氣傳動系統(tǒng)更加節(jié)能、環(huán)保。此外，重點(diǎn)對應(yīng)用過程中常見的幾類故障進(jìn)行了原因分析，并給出了詳盡的故障處理方案，為同行企業(yè)對該裝置的使用提供了很好的借鑒。