干熄焦提升機(jī)電氣故障問題的優(yōu)化

錢金龍

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤錦 124000

由于國(guó)內(nèi)干熄焦工程大部分都采取本體系統(tǒng)和提升機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立的模式，本體系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)的信息只能依靠提升機(jī)提供，提供的方式一般都采用開關(guān)量連接。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，本體系統(tǒng)就必須得到提升機(jī)準(zhǔn)確的信號(hào)，從而發(fā)出正確的指令，否則無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。本體系統(tǒng)根據(jù)提升機(jī)所提供的信息，一般將整個(gè)運(yùn)行過程分為7 個(gè)動(dòng)作段，每個(gè)動(dòng)作段表示提升機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行過程。系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)指令提升機(jī)必須執(zhí)行一步動(dòng)作，同時(shí)提升機(jī)將當(dāng)前的動(dòng)作狀態(tài)和位置狀態(tài)信息反饋給本體系統(tǒng)，本體系統(tǒng)根據(jù)用這些信息判斷是否該發(fā)下步指令。7 段指令依次為待機(jī)位下降至吊鉤打開、吊鉤打開處往啟動(dòng)、提升塔處往運(yùn)行、冷卻塔下降、冷卻塔提升、冷卻塔處復(fù)運(yùn)行、提升塔下降至待機(jī)位。而提升機(jī)對(duì)方向的判斷和速度的變化只能依靠其自身的系統(tǒng)程序來執(zhí)行，提升機(jī)對(duì)本體系統(tǒng)只提供運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行位置的信息，在調(diào)試過程中不僅要反復(fù)調(diào)試，每個(gè)運(yùn)行段的過程也必須反復(fù)調(diào)試，以達(dá)到無錯(cuò)誤指令、無錯(cuò)誤動(dòng)作的效果。

1 干熄焦提升機(jī)電氣系統(tǒng)的概況

1.1 動(dòng)力系統(tǒng)

焦化廠10kV 中壓經(jīng)過中壓開關(guān)柜，變壓器將供電轉(zhuǎn)換為400V，經(jīng)過電源進(jìn)線柜分一路給LCM 的主斷路器連接到ALM，轉(zhuǎn)換為可調(diào)直流電輸出到直流母線。逆變器取電源到直流母排上，利用PWM 生成三相頻率可調(diào)的供電電源，經(jīng)出線電抗器通過電纜給機(jī)上供電。同時(shí)，電源進(jìn)線柜分出另一路400V 交流電作為輔助電源，進(jìn)入低壓柜和機(jī)械房?jī)?nèi)雜動(dòng)力配電柜。由PLC 控制柜、低壓配電柜、雜動(dòng)力柜分別為應(yīng)急電機(jī)、主電機(jī)風(fēng)機(jī)、制動(dòng)器、潤(rùn)滑油泵、維修吊等設(shè)備提供380V 交流電源，為進(jìn)線柜、配電柜、驅(qū)動(dòng)柜、PLC 控制柜、司機(jī)室提供220V 交流輔助電源，由本體UPS 提供控制電源。

干熄焦提升機(jī)提升和走行系統(tǒng)通常由兩臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)采用變頻控制，由交流380V、50Hz 電源供電。當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)或整流回饋裝置發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)仍能維持提升機(jī)以1/ 2 的速度繼續(xù)運(yùn)行。逆變器采用全數(shù)字式參數(shù)設(shè)定，可自動(dòng)識(shí)別電機(jī)參數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)矢量控制。

1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

提升機(jī)采用PLC 集中控制，由于電氣控制設(shè)備放置于地面，這對(duì)提升機(jī)上一些信息的采集和開關(guān)的控制帶來了不便。為解決此問題，在提升機(jī)上設(shè)置了PLC 遠(yuǎn)端控制模塊，通過總線與地面PLC 和CPU 進(jìn)行信號(hào)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升機(jī)所有控制信號(hào)的集中采集。這種設(shè)計(jì)解決了提升機(jī)各類信號(hào)采集的不便，同時(shí)減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜的連接和使用量，提高了電氣系統(tǒng)控制的可靠性。

1.3 輔助線路和安全保護(hù)裝置

提升機(jī)機(jī)械室和操作室等各部分照明、通風(fēng)機(jī)等均由輔助線路提供電源。提升機(jī)安全保護(hù)裝置包括提升超載保護(hù)、電機(jī)超速保護(hù)、提升重錘和旋轉(zhuǎn)限位、提升減速監(jiān)測(cè)保護(hù)開關(guān)、走行定位開關(guān)等。各保護(hù)裝置均由傳感器、控制器提供開關(guān)和保護(hù)信號(hào)。例如當(dāng)起重量達(dá)到額定的110%時(shí)，傳感器就會(huì)將信號(hào)傳遞至控制器，發(fā)出超載報(bào)警并啟動(dòng)超載保護(hù)禁止提升。

2 干熄焦提升機(jī)常見電氣問題及優(yōu)化措施

2.1 提升機(jī)待機(jī)位不停車

故障案例：山西立恒鋼鐵集團(tuán)有限公司干熄焦工程190t/ h 干熄焦提升機(jī)待機(jī)位未停車，引起提升機(jī)在待機(jī)位以下停車（提升機(jī)電機(jī)內(nèi)的編碼器原因引起停車）。通過檢查程序，看到提升機(jī)在經(jīng)過待機(jī)位時(shí)，待機(jī)位的U 型接近開關(guān)未發(fā)出信號(hào)。為進(jìn)一步確認(rèn)，在待機(jī)位的上下位置又走行了幾次，確認(rèn)待機(jī)位信號(hào)未到，從而做出判斷。

故障原因：U 型接近開關(guān)所帶的繼電器壞；U 型接近開關(guān)損壞；信號(hào)線傳輸中斷。仔細(xì)檢查后，前兩個(gè)原因被排除。經(jīng)仔細(xì)檢查U 型接近開關(guān)與繼電器之間的信號(hào)線，發(fā)現(xiàn)該信號(hào)線有兩個(gè)接頭，分別拆開兩個(gè)接頭檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)接頭接觸不良導(dǎo)致U 型接近開關(guān)發(fā)出的信號(hào)中斷，引起提升機(jī)待機(jī)位不停車。

整改措施：因?yàn)樾盘?hào)電纜太長(zhǎng)無法重新敷設(shè)，需要經(jīng)常檢查接頭，并處理好，使接頭的位置盡量遠(yuǎn)離振動(dòng)點(diǎn)。

2.2 提升機(jī)走行故障

故障案例：廣西盛隆二期干熄焦工程150t/ h 干熄焦提升機(jī)機(jī)上提升時(shí)停車，經(jīng)檢查變頻器發(fā)現(xiàn)有故障顯示。由于是紅罐，為了避免長(zhǎng)時(shí)間燒焦罐，操作人員切換到了應(yīng)急狀態(tài)，將紅焦裝入。此時(shí)根據(jù)故障編碼查出故障原因是變頻器與PLC 之間通訊失敗，使主干不能投入，通訊失敗的原因是PLC 瞬間死機(jī)（原因?yàn)?4V 電源短路）。將故障復(fù)位后，用空罐試車，提升正常，但走行時(shí)發(fā)現(xiàn)異常：走行2s 左右立即停車，同時(shí)主控室報(bào)警顯示：走行制動(dòng)器超時(shí)。

故障原因：根據(jù)故障報(bào)警提示，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員觀察發(fā)現(xiàn)，在試車時(shí)制動(dòng)器工作正常，都能全部打開，但走行2s左右后又立即停車。根據(jù)變頻器控制要求，制動(dòng)器打開后必須有確認(rèn)信號(hào)反饋給PLC，變頻器才能繼續(xù)工作，否則就會(huì)停車報(bào)故障。要求操作人員再次試車，并注意觀察反饋接近開關(guān)的動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)東側(cè)制動(dòng)器反饋開關(guān)動(dòng)作正常，但是西側(cè)開關(guān)沒有動(dòng)作。停機(jī)后對(duì)其進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后試車正常。

整改措施：一是發(fā)生故障后，主控室操作人員應(yīng)立即在微機(jī)上檢查故障原因并及時(shí)告知操作人員；二是加強(qiáng)電氣人員對(duì)各個(gè)設(shè)備工作原理的掌握，發(fā)生故障時(shí)根據(jù)原理及主控室通報(bào)的故障原因做出初步判斷，并立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查相關(guān)設(shè)備；三是對(duì)安裝不夠精準(zhǔn)、配合間隙大的設(shè)備應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或改造。

2.3 提升機(jī)橫向移動(dòng)定位不準(zhǔn)確

故障案例：山東榮信煤化工2# 干熄焦工程190t/ h干熄焦提升機(jī)將焦罐提升至干熄爐頂后，在平移裝置電機(jī)驅(qū)動(dòng)下未移動(dòng)至干熄爐裝料口上方停車。

故障原因：該平移過程是靠編碼器定位，提升機(jī)位置計(jì)數(shù)系統(tǒng)原來用的是增量型編碼器，干擾較大，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用后，由于存在積累誤差，不能正常顯示料車位置。

整改措施：一是將其更換為精確度高、穩(wěn)定性好的絕對(duì)值編碼器，并采用與之相匹配的通訊模塊，保證了提升機(jī)計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性；二是增設(shè)精確度更高的激光測(cè)距儀，并與PLC 控制系統(tǒng)相連，通過測(cè)距儀測(cè)量數(shù)值反饋來控制提升機(jī)及時(shí)停止，準(zhǔn)確對(duì)位。

圖1 為提升機(jī)走行示意圖。

圖1 提升機(jī)走行示意圖

3 干熄焦提升機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成

目前從相繼上馬的干熄焦工程來看，雖然提升機(jī)的調(diào)試已經(jīng)比較成熟且越發(fā)完善，但從使用情況看，或多或少存在一定的問題。這些問題大部分是由于對(duì)提升機(jī)初始設(shè)計(jì)的缺陷和后期調(diào)試不充分所造成的。通過連續(xù)幾個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，認(rèn)為提升機(jī)在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中需要注意解決以下問題，才能運(yùn)行更加平穩(wěn)、更安全可靠。

3.1 設(shè)計(jì)上要有所改進(jìn)

（1）保持檢測(cè)元件供電的獨(dú)立性：一般來說，對(duì)于提升機(jī)的設(shè)計(jì)有其科學(xué)性合理性，但在實(shí)際使用過程中往往會(huì)出現(xiàn)一些問題。如，提升機(jī)上的檢測(cè)元件一般共用直流電源（俗稱弱電），檢測(cè)元件之間并不相互隔離，如果其中某一個(gè)元件發(fā)生接地或者短路，將會(huì)使整個(gè)直流供電單元癱瘓，或者造成一些模塊故障。而且此類故障隱蔽性強(qiáng)，故障發(fā)生時(shí)很難快速判斷出現(xiàn)問題的元件。因此，建議在設(shè)計(jì)上考慮將現(xiàn)場(chǎng)所有檢測(cè)元件供電分開，保持每個(gè)檢測(cè)元件供電的獨(dú)立性，這樣即使發(fā)生故障也不會(huì)造成系統(tǒng)的癱瘓

（2）選擇合適的控制系統(tǒng)：在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上活躍著多種來自國(guó)外的PLC 控制系統(tǒng)，其功能及可靠性得到大家的認(rèn)可，但是并非都適合應(yīng)用于提升機(jī)的控制。如國(guó)外某品牌的PLC 控制器，雖然具有很龐大的功能，以及速度很快的處理能力，但是對(duì)抑制干擾能力遠(yuǎn)沒有其他產(chǎn)品優(yōu)。而且其通訊和數(shù)據(jù)不能同一協(xié)議，通訊網(wǎng)絡(luò)必須保證遠(yuǎn)離干擾源2m 以上，這樣的安裝要求在提升機(jī)上是很難實(shí)現(xiàn)的，更不利于提升機(jī)長(zhǎng)期的高效運(yùn)行。

（3）選擇性能指標(biāo)高的電力傳輸電纜：由于提升機(jī)本地與遠(yuǎn)程站之間采用的是總線控制的方式，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)都是通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)街髡镜?。而總線電纜抗干擾能力較差，尤其在大功率感性負(fù)載中，很容易受到電流、高頻無線電波等元素的干擾而使數(shù)字丟失，造成因控制器無法運(yùn)算而使得運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障。其次，由于提升機(jī)的動(dòng)力傳輸電纜要經(jīng)過移動(dòng)電纜小車，所以要求動(dòng)力電纜要保證具有良好的柔韌性。為防止動(dòng)力電纜對(duì)總線的干擾，和適應(yīng)溫差的變化，動(dòng)力電纜最好采用耐高溫柔性頻蔽電纜。

3.2 提升機(jī)的調(diào)試至關(guān)重要

提升機(jī)調(diào)試是干熄焦工程中十分重要的過程，提升機(jī)調(diào)試是否充分，不僅決定其生產(chǎn)能力，而且關(guān)系到干熄焦的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)特殊的特種起重設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化操作，保持高效運(yùn)行，提升機(jī)的調(diào)試具有重要意義。

（1）首先要確立提升機(jī)的運(yùn)行速度曲線：速度曲線是用來計(jì)算提升機(jī)運(yùn)行周期所用時(shí)間的，也是滿足工藝生產(chǎn)的重要保證。為了保證提升機(jī)的運(yùn)行周期能夠滿足生產(chǎn)要求，速度曲線不僅要力求平滑，而且在滿足時(shí)間要求的前提下，要盡可能使提升機(jī)運(yùn)行慢一些，以防止提升機(jī)失控，待機(jī)位以下嚴(yán)禁提升機(jī)高速運(yùn)行。

（2）速度給定：對(duì)于提升機(jī)提升和運(yùn)行速度的給定，要有合理的分配，因?yàn)樵谡麄€(gè)速度段可以保持高速的有效距離不是很長(zhǎng)。首先要保證提升機(jī)的安全運(yùn)行，不論是提升還是往復(fù)運(yùn)行其速度都應(yīng)控制在額定轉(zhuǎn)速的85%以下。提升高速一般在45hz，運(yùn)行高速一般在40hz 以下。并保證逆變裝置有足夠的升減速時(shí)間，使得提升機(jī)在速度發(fā)生變化時(shí)，保持平滑穩(wěn)定。

（3）檢測(cè)元件的安裝：關(guān)鍵位置的檢測(cè)元件安裝要合理可靠。吊鉤打開處的檢測(cè)元件既是啟動(dòng)的初始位，又可以用來調(diào)節(jié)吊鉤的開度。提升塔上限檢測(cè)元件的安裝應(yīng)保證與上極限有一定的有效安全距離；提升塔和冷卻塔處的對(duì)中信號(hào)必須保證在設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi)；冷卻塔下限位則應(yīng)保證焦罐底門打開45°夾角即可，過低會(huì)使得吊鉤脫鉤，過高焦罐底門則不能完全打開。

（4）保護(hù)元件的調(diào)試：提升機(jī)上安置了多種安全保護(hù)元件，如重錘限位、負(fù)荷限制器、鋼絲繩伸長(zhǎng)檢測(cè)、風(fēng)速儀和錨定開關(guān)等，這些保護(hù)元件對(duì)提升機(jī)的安全運(yùn)行起到非常重要的作用。其中負(fù)荷限制器不僅檢測(cè)焦罐的超載、偏載，而且可以及時(shí)發(fā)出松繩報(bào)警。但必須要注意的是：在焦罐進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，對(duì)標(biāo)定值一定要準(zhǔn)確，否則負(fù)荷限制器無法起到保護(hù)作用。對(duì)于鋼絲繩伸長(zhǎng)的檢測(cè)，一般使用旋轉(zhuǎn)限位，如果不能選擇速比精度高的旋轉(zhuǎn)限位，其可靠性就難以保證。速比越小精度越高，國(guó)內(nèi)提升機(jī)旋轉(zhuǎn)限位的速比一般在1∶25 以下。重錘限位是提升機(jī)在提升過程中的最后一級(jí)保護(hù)，其意義和作用十分重大。在調(diào)試重錘限位時(shí)不能只靠模擬試驗(yàn)，必須要真實(shí)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到斷電的效果。這些保護(hù)元件在編程時(shí)必須寫入電源條件里，或者是作為脈沖封鎖條件來嚴(yán)格執(zhí)行，且必須經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)。

（5）提升機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)試：提升機(jī)的聯(lián)動(dòng)調(diào)試是自動(dòng)化過程實(shí)現(xiàn)無人操作的關(guān)鍵，聯(lián)動(dòng)調(diào)試的優(yōu)劣決定干熄焦的生產(chǎn)能力，因此提升機(jī)的聯(lián)動(dòng)調(diào)試是極其重要的。

4 結(jié)論

干熄焦提升機(jī)電氣系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)原煤焦化生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。干熄焦電氣復(fù)雜系數(shù)高、運(yùn)行環(huán)境較差，電氣系統(tǒng)各種問題也較為常見。通過對(duì)干熄焦提升機(jī)電氣系統(tǒng)的優(yōu)化改造，可以有效減少設(shè)備的電氣故障，促進(jìn)提升機(jī)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而為促進(jìn)焦化企業(yè)的節(jié)能環(huán)保、治污減排和回收能源的充分利用提供了保障。