垃圾吊穩(wěn)定性技術(shù)改造

曲文龍 劉曉林 劉雅卉

（1.威海環(huán)文再生能源有限公司，山東威海 264200；2.威海市第二中學(xué)，山東威海 264200）

1.垃圾吊行車載荷搖擺技術(shù)改造

1.1 現(xiàn)狀說(shuō)明

當(dāng)用吊車搬運(yùn)物料時(shí)，吊車的大車、小車及提升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)通常由各自的操作指令獨(dú)立控制。當(dāng)搬運(yùn)物料到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，由于受大車及小車加減速的影響，載荷會(huì)出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象。當(dāng)載荷搖擺時(shí)，卸載作業(yè)就不能進(jìn)行，出現(xiàn)這種情況時(shí)，只有熟練的操作工才有可能靠控制大小車的運(yùn)行來(lái)消除搖擺，但是，這需要操作工非常熟練的操作技巧和高度的專注。消除載荷的搖擺并且精微地調(diào)整載荷到達(dá)目標(biāo)位置，需要很長(zhǎng)的操作時(shí)間，這個(gè)時(shí)間大約占整個(gè)搬運(yùn)工作所需時(shí)間的三分之一左右[1]。

吊車快速運(yùn)行會(huì)引起載荷太大的搖擺，過(guò)大的載荷搖擺對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全造成威脅，載荷搖擺也增加載荷及周圍貨物被損害的可能性，載荷搖擺已成為限制吊車提高搬運(yùn)物料效率的一個(gè)主要因素。

1.2 吊車防搖擺系統(tǒng)控制原理

改造“內(nèi)置防搖擺”系統(tǒng)使用科尼的可編程控制器，內(nèi)置于科尼的變頻器中，該反搖擺控制系統(tǒng)根據(jù)操作指令及吊車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況計(jì)算出能消除搖擺的吊車大小車運(yùn)行速度。變頻器根據(jù)所要求的速度通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊車大車和小車的運(yùn)行，從而精確地消除吊車載荷搖擺現(xiàn)象。該系統(tǒng)避免了使用實(shí)現(xiàn)微積分方程以及估計(jì)預(yù)測(cè)等功能所需要的繁雜的計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)了精巧且有效的反搖擺控制。由于采用速度開(kāi)環(huán)方式控制，不存在速度反饋調(diào)整，該反搖擺系統(tǒng)吊車的大小車，在精確消除載荷搖擺的同時(shí)，一次過(guò)加速到達(dá)指定速度，或一次過(guò)減速到完全停止。由于考慮了提升鋼絲繩長(zhǎng)度變化對(duì)載荷搖擺的影響，即使在小車、大車和提升3個(gè)方向同時(shí)運(yùn)行的情況下，該系統(tǒng)還是能精確地消除吊車載荷的搖擺現(xiàn)象。

由于內(nèi)置于變頻器中，該系統(tǒng)無(wú)須其他硬件支持，可非常方便地安裝在新的吊車上。根據(jù)需要做很小的改動(dòng)后，該系統(tǒng)也可方便地安裝于改造中的舊吊車上。該系統(tǒng)擁有多種反搖擺控制方法，這些方法可以在不同情況下選擇使用既可在通用的標(biāo)準(zhǔn)吊車上使用，也可在速度要求快或者定位精度要求高的吊車上使用。

2.改造過(guò)程

防搖改造采用科尼防搖擺功能變頻器替換原大小車ABB變頻器，建立變頻器和PLC的通信，修改程序快，引用起升高度數(shù)據(jù)。為消除諧波影響，增加大小車出線濾波器。

2.1 硬件部分

更換每車兩臺(tái)科尼變頻器，型號(hào)分別為D2V018和DV011，兩臺(tái)電抗器：兩臺(tái)科尼變頻器附帶防搖板，通過(guò)采集高度信號(hào)實(shí)現(xiàn)大小車的防晃功能兩臺(tái)電抗器用于消除電流諧波的影響。如圖1所示。

圖1 兩臺(tái)電抗器圖

2.2 軟件部分

修改PLC程序，利用原高度編碼器高度值輸出到到變頻器，設(shè)置變頻器參數(shù)，調(diào)試防搖功能。

（1）變頻器更改參數(shù)，修改的部分參數(shù)說(shuō)明說(shuō)下：

在參數(shù) Group 4.10 Sway Control，V4.10.1 Swing Time[s]。

通過(guò)采集的高度信號(hào)測(cè)量擺動(dòng)時(shí)間V4.10.2 Pendulum Length[m]。

擺幅時(shí)間這個(gè)值顯示擺長(zhǎng)用于擺動(dòng)控制計(jì)算。參數(shù)包括測(cè)量的繩索長(zhǎng)度和對(duì)其所做的修正。由高度信號(hào)計(jì)算V4.10.3 Stopping Distance。

這個(gè)參數(shù)經(jīng)常顯示需要多長(zhǎng)距離才能停止移動(dòng)，當(dāng)搖擺控制打開(kāi)時(shí)，這個(gè)值是基于給定的估計(jì)值速度。對(duì)一個(gè)理想的系統(tǒng)進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)流保護(hù)，電機(jī)滑動(dòng)和其他因素，如摩擦可能導(dǎo)致實(shí)際停車距離變化。

（2）修改PLC程序，改動(dòng)部分說(shuō)明如下：

新程序OB1里調(diào)用了防搖擺功能塊FC600，并且增加了兩個(gè)固定邏輯位M170.0和M170.1。

防搖擺相關(guān)的硬件是將高度信號(hào)從PLC的模擬輸出點(diǎn)硬線引至大小車變頻器的模擬輸入端；在變頻器內(nèi)部設(shè)置對(duì)應(yīng)的模擬輸入端口功能為高度信號(hào)；在操作臺(tái)增加了一個(gè)能防搖擺的按鈕。

3.防溜鉤技術(shù)改造部分

3.1 改造設(shè)計(jì)

將現(xiàn)有起升變頻器的開(kāi)環(huán)控制改為閉環(huán)控制，增加速度反饋功能，優(yōu)化電機(jī)參數(shù)，變頻器輸出速度和反饋速度實(shí)時(shí)比較，速度差異過(guò)大時(shí)，變頻器緊急停止，制動(dòng)器抱死，防止抓斗溜鉤，造成損失[2]。

3.2 硬件部分改造

增加變頻器速度卡RTAC-01，屏蔽電纜，增量式編碼器NM702NR3RTAC-01是用于采集編碼器的速度信號(hào)，并將信號(hào)傳遞到變頻器主板，用于實(shí)際速度和輸出速度的比較；增量式編碼器作用是測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過(guò)屏蔽電纜傳遞到速度采集卡，起升制動(dòng)器制動(dòng)輪外側(cè)軸，安裝增量式編碼器NM702NR3，做好固定，確保編碼器運(yùn)行和起升機(jī)構(gòu)高速軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器接入變頻器。實(shí)時(shí)接收速度反饋信號(hào)；按照編碼器使用說(shuō)明書(shū)接線，如圖2所示。

圖2 編碼器使用說(shuō)明書(shū)接線圖

安裝編碼器屏蔽電纜，在原大小車電纜滑車下方增加電纜夾，用于安裝鋪設(shè)屏蔽電纜，屏蔽電纜和動(dòng)力電纜分開(kāi)鋪設(shè)，每一跨新加電纜長(zhǎng)度略長(zhǎng)于原電纜，避免受力損傷。如圖3所示。

圖3 屏蔽電纜和動(dòng)力電纜分開(kāi)鋪設(shè)圖

3.3 軟件部分

修改ACS800變頻器參數(shù)，投入編碼器速度監(jiān)控功能參數(shù)98.1需修改為RTAC-01，用于開(kāi)啟速度信號(hào)測(cè)量功能，激活與脈沖編碼器模塊的通信。傳動(dòng)將使用測(cè)量速度來(lái)取代計(jì)算速度，運(yùn)行前必須設(shè)置組 50 ENCODER MODULE 的參數(shù)，只有當(dāng)安裝了一個(gè)脈沖編碼器模塊RTAC 或 NTAC（可選）并且激活了參數(shù)98.01 ENCODER MODULE 的設(shè)置時(shí)，該參數(shù)組才可見(jiàn)，其需要調(diào)整。

在組50中的這些參數(shù)定義了編碼器信號(hào)的解碼方式以及當(dāng)RTAC/NTAC模塊故障時(shí)ACS 800的動(dòng)作，原ABB變頻器（ACS800）安裝速度反饋卡RTAC-01，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器的反饋速度，按說(shuō)明書(shū)將編碼器的反饋信號(hào)接到RTAC端子上，共7根線（24V+，0V，A+，A-，B+，B-，屏蔽線）。如圖4所示。

圖4 編碼器的屏蔽線圖

修改優(yōu)化變頻器參數(shù)，98.01組參數(shù)選擇RTAC- SLOT1,50.01：600，50.02：A _-_ B _-_，50.03：FAULT，50.04：1500，50.06：ENCORDER，參數(shù)修改完成后，監(jiān)控變頻器輸出速度和反饋速度一致。

用監(jiān)控軟件監(jiān)控速度差異，反饋速度（黑色曲線）和輸出速度（黑色曲線）基本重合，閉環(huán)控制功能運(yùn)行正常。

4.大小車增加復(fù)位點(diǎn)

4.1 現(xiàn)狀說(shuō)明

垃圾吊大小車位置由安裝在大小車被動(dòng)輪處的增量式編碼器測(cè)量車輪旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，輸入到PLC高速計(jì)數(shù)器模塊FM350-1，在PLC程序內(nèi)轉(zhuǎn)化為位置數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)用于大小車軟件減速及投料統(tǒng)計(jì)，大小車停止硬件限位同時(shí)用于復(fù)位位置[3]。

目前，由于增量式編碼器及屏蔽電纜抗干擾能力較差，編碼器安裝方式等原因造成位置數(shù)據(jù)經(jīng)常不準(zhǔn)確，需要經(jīng)常復(fù)位以保持?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而大小車復(fù)位點(diǎn)均停止限位，操作員需要將行車開(kāi)到停止限位處才能達(dá)到復(fù)位的目的。

本次改造將大車兩個(gè)爐口處，小車行程中間位置各安裝檢測(cè)限位，PLC程序內(nèi)設(shè)置復(fù)位點(diǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)操作員在日常操作中自動(dòng)校準(zhǔn)位置坐標(biāo)，最大程度地保證大小車位置坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

4.2 硬件改造部分

增加檢測(cè)開(kāi)關(guān)NBB20-U1-W，大車兩個(gè)，小車一個(gè)；安裝大小車復(fù)位點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，大車檢測(cè)開(kāi)關(guān)安裝南側(cè)端梁外側(cè)，復(fù)位位置在兩個(gè)爐口位置，小車檢測(cè)開(kāi)關(guān)安裝小車輪位置，復(fù)位位置在大梁中間位置。

4.3 軟件部分

修改PLC程序，大車增加兩個(gè)復(fù)位點(diǎn)，小車增加一個(gè)復(fù)位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。程序的變更：（左舊，右新）后車前車修改的部位一致：FC7小車編碼器程序塊，NW6小車在軌道中間大約11m設(shè)置復(fù)位點(diǎn)，脈沖值6250，目的是讓小車在最頻繁運(yùn)行的區(qū)域多次進(jìn)行位置復(fù)位，從而減少位置坐標(biāo)差異，提高定位精度；保留了兩個(gè)小車終端限位點(diǎn)的復(fù)位功能，分別是復(fù)位脈沖200 和 10800。

NW7 小車坐標(biāo)復(fù)位硬件信號(hào)進(jìn)行了100ms的信號(hào)狀態(tài)擴(kuò)展保持，用于確保復(fù)位成功，因?yàn)镕M350的掃描是獨(dú)立的可能造成遺漏脈寬窄的信號(hào)； FC10 小車位置保護(hù)，將左行極限提前約30cm減速至最低速，避免機(jī)械沖擊；FC14 稱量程序塊里，當(dāng)小車在中間點(diǎn)復(fù)位時(shí)，同步的斷開(kāi)三維坐標(biāo)檢查100ms，用于屏蔽由于大車坐標(biāo)瞬間變動(dòng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤坐標(biāo)值，避免投料信號(hào)誤動(dòng)作；FC16 PLC的輸入映像表增加了數(shù)字輸入點(diǎn)I8.6作為中間復(fù)位點(diǎn)信號(hào)源輸入并對(duì)其進(jìn)行保持時(shí)間擴(kuò)展100ms。

大車前后投料口使用新的數(shù)字輸入點(diǎn)，舊的輸入點(diǎn)沒(méi)有刪除；新的輸入點(diǎn)位I8.4 I8.5；FC18超載停車?yán)飳⒅亓肯拗浦祻?1t增加至11.5t；FC11小車運(yùn)行中的左右信號(hào)輸出，由于科尼變頻器兩個(gè)方向信號(hào)獨(dú)立01和10，原ABB變頻器兩個(gè)方向信號(hào)分別是10和11，因此在程序里將11邏輯變更為01（去掉原來(lái)的并聯(lián)信號(hào)）。

5.結(jié)論

垃圾吊穩(wěn)定性技術(shù)改造完成后對(duì)大小車防搖功能進(jìn)行測(cè)試，抓斗擺動(dòng)幅度減少90%以上，減少了點(diǎn)動(dòng)操作，防搖擺效果明顯；防溜鉤閉環(huán)控制投入使用后，提高安全性，降低行車抓斗損壞風(fēng)險(xiǎn)；大小車新增復(fù)位點(diǎn)能夠起到校準(zhǔn)復(fù)位作用，能減小大小車位置坐標(biāo)的累計(jì)誤差，便于精確定位，減少操作人員的工作強(qiáng)度，提高安全運(yùn)行速度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。