相同的曲線 不同的故障

劉子龍

(湖南張家界天門山旅游股份有限公司， 湖南 張家界 427000)

1 問題的提出

張家界天門山索道全長7 455 m，是全世界最長的高山客運索道。索道分成兩段驅(qū)動，每段有兩臺440 kW的直流電機拖動。兩段索道共采用四臺西門子6RA7093- 4DV62直流驅(qū)動器。每一段的兩臺電機工作于主從模式，靠近減速機的是主電機，后面一臺裝有編碼器是從電機。主驅(qū)動器負責電流環(huán)和速度環(huán)，主驅(qū)動器通過通信電纜發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動器。從驅(qū)動系統(tǒng)速度開環(huán)，只有電流環(huán)僅負責轉(zhuǎn)矩控制，從驅(qū)動器的輸出電流跟隨主驅(qū)動器輸出的給定值而變化。G2站和G3站有著完全相同的驅(qū)動設備和驅(qū)動形式。驅(qū)動結構如圖1所示，驅(qū)動器正常電流曲線如圖2所示。

圖1 驅(qū)動結構(G2、G3相同)

圖2 正常情況下兩臺電機的電流跟隨曲線

1.1 G2站出現(xiàn)的問題

2010年底天門山索道完成了分段改造，增加了17個吊廂。第一段索道改造完成后，原來共振(吊廂上下起伏波動)的一跨由16#～17#支架之間，改在5#～6#支架之間。2011年隨著游客量的增加，第一段索道重下時兩臺驅(qū)動電機之間的聯(lián)軸節(jié)異響，發(fā)出“格啦格啦”的聲音，同時吊廂也會在5#～6#支架之間上下起伏震蕩嚴重，游客有明顯的超重感和失重感，滿載上行時卻沒有異響的現(xiàn)象。電機聯(lián)軸節(jié)異響時，觸摸屏上電流曲線如圖3所示。

圖3 G2站兩臺電機的電流曲線

1.2 G3站出現(xiàn)的問題

無獨有偶，2014年7月，G3站電機報過載故障，更換電機電流檢測模塊故障依舊。檢查索道線路、減速機、電機均無卡阻現(xiàn)象。后經(jīng)觀察，觸摸屏上兩條電流曲線也出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 G3站兩臺電機的電流曲線

這樣G2站和G3站先后都出現(xiàn)了兩臺直流驅(qū)動電機電流曲線交叉的情況。電流曲線交叉，意味著從電機不能很好的跟隨主電機的電流變化，還有可能會成為主電機的負載。

2 問題的解決

2.1 第一段索道在滿載重上時，電機之間的聯(lián)軸節(jié)沒有異響，重下時電機負載輕反而有異響

2.1.1 對第一段聯(lián)軸節(jié)異響原因

圖5 編碼器信號處理環(huán)節(jié)

重上時電機處于電動機模式，電機工作于第一象限轉(zhuǎn)矩一直為正；兩臺電機同時輸出正向轉(zhuǎn)矩，聯(lián)軸節(jié)和減速機內(nèi)齒輪咬合很緊。在所有部件都良好的情況下不存在異響。重下時電機工作于第一或第二象限，在兩個象限之間來回切換，電機轉(zhuǎn)矩時正時負；再加上5#支架～6#支架之間吊廂上下震蕩波動，這導致鋼絲繩的張力也跟隨變化，為了維持運行速度恒定，電機轉(zhuǎn)矩就要做出相應的調(diào)整。電機就要從電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)瞬間變化，也就是說在第一、第二象限之間來回切換。由于主驅(qū)動器負責速度環(huán)和電流環(huán)，為了維持運行速度恒定，主驅(qū)動器也會根據(jù)變化情況，發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動器。檢測速度變化的編碼器裝在從電機的后面，主從電機之間的聯(lián)軸節(jié)是有間隙的。電機瞬間速度的變化，并未瞬間反饋給主驅(qū)動器。主驅(qū)動器要根據(jù)線路負載實時的做出調(diào)整，調(diào)整的結果卻沒有瞬間反饋回來，由于聯(lián)軸節(jié)間隙的原因而是有點滯后。所以主從電機之間來回的調(diào)整，形成了一種震蕩，導致聯(lián)軸節(jié)之間的間隙“格啦格啦”的聲音。

2.1.2 解決辦法

根據(jù)上面的分析，筆者認為有兩種辦法可以解決。

(1)把安裝有編碼器的電機該做主電機，把該電機的驅(qū)動器設置為主驅(qū)動器，這樣主驅(qū)動器可實時的得到電機速度的瞬態(tài)值，根據(jù)瞬態(tài)值主驅(qū)動器再發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動器。該方案的缺點是需要改線和修改驅(qū)動器參數(shù)。

(2)根據(jù)實際情況，調(diào)整編碼器反饋延時，讓主驅(qū)動器的反應遲鈍一些，不讓主驅(qū)動器調(diào)整的過于頻繁。該方案的優(yōu)點是不需要改線，僅需調(diào)整參數(shù)，工程上可以接受。所以才用了該方案。

圖6 速度環(huán)反饋值處理環(huán)節(jié)

參考6RA70系統(tǒng)圖，參見圖5編碼器信號處理環(huán)節(jié)、圖6反饋值速度環(huán)處理環(huán)節(jié)。編碼器反饋值經(jīng)圖5處理環(huán)節(jié)輸出到K0040(從編碼器反饋的實際速度值)，在圖6當中，由于是編碼器反饋主驅(qū)動設備P083=2，K0040被送入速度處理環(huán)節(jié)。

從圖中可以看出，調(diào)整參數(shù)P200可以修改編碼器反饋延遲。根據(jù)現(xiàn)場最壞的工況(重下，震蕩嚴重，異響最頻繁)，在運行中調(diào)整參數(shù)P200值，直到聯(lián)軸節(jié)異響消失。至此該故障消除，到目前一直運行穩(wěn)定。

2.2 第二段索道的電流曲線交叉處理方法

(1)原因分析

觸摸屏上報電機過載故障，兩臺電機之間的聯(lián)軸節(jié)沒有出現(xiàn)異響。G3站出現(xiàn)電流曲線交叉的情況，說明兩臺電機轉(zhuǎn)矩沒有嚴格同步。電機既然報過載故障，首先排查第二段整條索道線路是否出現(xiàn)機械卡阻現(xiàn)象，減速機是否卡阻，兩臺驅(qū)動電機是否卡阻，機械卡阻會導致電機負荷增大電機過載。經(jīng)過排查排除了機械故障。第二段索道也沒有出現(xiàn)第一段的吊廂上下波動，不會帶來鋼絲繩瞬間張力的變化，這點也可以排除。

下一步根據(jù)圖紙排除電氣回路是否存在誤報的情況。驅(qū)動器輸出電流檢測環(huán)節(jié)參見圖7、圖8、圖9。驅(qū)動器輸出電流經(jīng)9R3送到電機電樞回路(見圖7)，圖7電阻9R3產(chǎn)生的壓降送到附圖8中的37U6、37U7電壓電流轉(zhuǎn)換單元，再送到附圖9中PLC的安全模擬量輸入模塊，進行雙通道處理。

更換37U6、37U7故障依舊，9R3是一個康銅片不會有故障，更換PLC模塊故障依舊存在，線路導線也沒問題。

考慮到這兩臺電機出現(xiàn)電流曲線交叉情況，兩臺電機是聯(lián)軸節(jié)連接的，如果編碼器軟故障，丟了一些脈沖，但又沒有完全損壞，結果會怎樣呢？結果就是：主驅(qū)動器所得到反饋值并不是實際的速度值，主驅(qū)動器不停的做出調(diào)整。電流曲線交叉，就意味著一臺電機需要提高轉(zhuǎn)矩，另一臺電流反而下降，它成為了前面那臺電機的載荷，所以電機會過載。編碼器丟了反饋脈沖，導致驅(qū)動器調(diào)整紊亂。

(2)故障的解決

根據(jù)以上分析，更換新的編碼器后設備恢復正常。

3 結束語

圖7 驅(qū)動器輸出電流檢測

圖8 電壓電流信號轉(zhuǎn)換

圖9 PLC模擬量輸入

以上兩個驅(qū)動器故障，在觸摸屏上都出現(xiàn)了主從兩臺電機電流曲線交叉的情況，雖然這兩套設備的型號和結構完全相同，導致電流曲線交叉的原因和解決方法卻是完全不同的。解決故障不能只看表象還要具體情況具體分析。從這兩套驅(qū)動設備出現(xiàn)交叉的情況來看，主從電機聯(lián)軸節(jié)之間的間隙甚至減速機齒輪之間的間隙，都會影響編碼器的實時反饋值。這種情況最好還是距離減速機遠一點的電機作為主電機，主電機軸末端安裝編碼器，這樣主驅(qū)動器就會得到主電機實時的運轉(zhuǎn)速度了。