MJTR堆廳吊車控制系統(tǒng)改造調(diào)試中溜鉤問題分析及處理

鄭婷婷

摘 要

在MJTR堆廳吊車控制系統(tǒng)改造調(diào)試過程中起升機(jī)構(gòu)發(fā)生了“溜鉤”現(xiàn)象，本文通過對(duì)起升機(jī)構(gòu)的“溜鉤”現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，并針對(duì)具體原因提出了相應(yīng)的解決辦法，對(duì)今后老式吊車在起升機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速技術(shù)改造工作中具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞

吊車控制系統(tǒng);變頻器;溜鉤

中圖分類號(hào)： TM921.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.056

ZHENG Tingting

0 引言

MJTR堆廳吊車作為反應(yīng)堆科研生產(chǎn)的重要起重設(shè)備，確保其安全可靠運(yùn)行是保證科研生產(chǎn)的基本前提。而MJTR堆廳吊車經(jīng)過多年運(yùn)行，原有吊車控制系統(tǒng)技術(shù)及元器件存在老化等缺陷，已不能滿足現(xiàn)實(shí)科研工作的需要，為此對(duì)MJTR堆廳吊車的控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和器件更換改造。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，吊車控制系統(tǒng)采用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)以及人機(jī)交互的故障監(jiān)控與顯示功能。改造后吊車的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示。

安裝完成后對(duì)MJTR堆廳吊車控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)，在進(jìn)行起升機(jī)構(gòu)大、小鉤進(jìn)行載重起吊試驗(yàn)中，大、小吊鉤不能及時(shí)制動(dòng)均出現(xiàn)了吊物下滑，即吊鉤“溜鉤”的現(xiàn)象。如“溜鉤”出現(xiàn)在實(shí)際工作中，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的起吊事故。因此，需及時(shí)分析并解決“溜鉤”問題。

本文通過對(duì)吊車控制系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的“溜鉤”問題出發(fā)，分析了產(chǎn)生“溜鉤”現(xiàn)象的原因，給出解決此類問題的思路及方案。

1 溜鉤現(xiàn)象及原因分析

MJTR堆廳吊車額定起吊重量為15t/3t，在吊車控制系統(tǒng)的功能試驗(yàn)調(diào)試過程中，大鉤和小鉤均出現(xiàn)了溜鉤現(xiàn)象，具體現(xiàn)象如下：

（1）大鉤載重試驗(yàn)

給大鉤配重9.36噸的配重塊，使其低速上升，在大鉤提升100mm時(shí)停止上升操作，出現(xiàn)吊鉤停止時(shí)無法保持并下滑出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象;下降操作過程中溜鉤現(xiàn)象更加明顯。

（2）小鉤載重試驗(yàn)

給小鉤起吊約1噸重的配重塊，在20%速度時(shí)，小鉤的起升、下降試吊平穩(wěn)，無溜鉤現(xiàn)象，但當(dāng)操縱桿由低速迅速加速至高速（60%速度）時(shí)存在溜鉤現(xiàn)象，由高速迅速減速至停止時(shí)也存在溜鉤現(xiàn)象。

根據(jù)以上現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析，在通常情況下，采用變頻調(diào)速技術(shù)的吊車起升機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象的原因主要有：①變頻器功率與起升電機(jī)功率選取不匹配;②變頻器的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩力不夠;③制動(dòng)器未有效制動(dòng);④變頻器內(nèi)部能量處理單元失效導(dǎo)致變頻器過流或過壓保護(hù)而動(dòng)作。

2 調(diào)試過程及解決辦法分析

通過上述對(duì)吊車“溜鉤”現(xiàn)象的分析，逐一排查引起MJTR堆廳吊車溜鉤現(xiàn)象的原因。

從設(shè)計(jì)選型角度分析，此次改造僅針對(duì)吊車的控制系統(tǒng)，機(jī)電設(shè)備未做改動(dòng)。原吊車的大鉤電機(jī)功率5kW，設(shè)計(jì)選用西門子G120-CU240E-2變頻器，搭配功率范圍可達(dá)7.5 kW 的PM250功率模塊，帶內(nèi)置濾波器和能量回饋模塊。原吊車的小鉤電機(jī)功率1.5kW，設(shè)計(jì)選用的變頻器同樣為西門子G120-CU240E-2系列，搭配功率范圍可達(dá)2.2 kW 的PM240-2功率模塊，無內(nèi)置濾波器。因此，起升機(jī)構(gòu)電機(jī)變頻器的選型設(shè)置與相應(yīng)的電機(jī)相匹配，不會(huì)造成吊鉤溜鉤現(xiàn)象。

（1）大鉤起升停止時(shí)“溜鉤”

大鉤初次配重調(diào)試在低速上升至100mm時(shí)停止上升操作，在停止?fàn)顟B(tài)下吊重的大鉤無法保持，出現(xiàn)下滑溜鉤現(xiàn)象。

由于大鉤上升過程正常，判斷由變頻器控制的電機(jī)的吊重轉(zhuǎn)矩足夠，當(dāng)起升停止后，此時(shí)起升操縱手柄已處于“0”位，變頻器無輸出且制動(dòng)器抱閘啟動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)作用完全依靠制動(dòng)器，這時(shí)大鉤出現(xiàn)無法保持而下滑的現(xiàn)象，說明與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，而是制動(dòng)器的制動(dòng)效果失效造成的。為此應(yīng)首先檢查大鉤的制動(dòng)器是否工作正常。

通過檢查制動(dòng)器工作狀態(tài)，并適當(dāng)調(diào)整大鉤制動(dòng)器主彈簧工作長(zhǎng)度，并鎖緊抱閘主彈簧螺釘，增加制動(dòng)力矩。再次測(cè)試大鉤起停狀態(tài)，溜鉤現(xiàn)象解決，制動(dòng)器抱閘調(diào)整完成。

（2）大鉤下降時(shí)“溜鉤”

大鉤低速起吊9.36噸配重塊，不僅上升停止時(shí)無法保持住，而且在下降過程中溜鉤現(xiàn)象更加明顯。產(chǎn)生這種下降溜鉤現(xiàn)象的直接原因是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不夠，因此要增大電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。由于變頻器通過不同的運(yùn)行模式可控制電機(jī)不同的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)形式，因此優(yōu)先檢查變頻器的參數(shù)是否設(shè)置合理。

通過檢查發(fā)現(xiàn)，變頻器的運(yùn)行模式為默認(rèn)的常規(guī)V/f運(yùn)行狀態(tài)（P1300=0），這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。在低速下降時(shí)配重塊的重量超出了電動(dòng)機(jī)的起吊轉(zhuǎn)矩，所以會(huì)出現(xiàn)只要啟動(dòng)下降操作就會(huì)“溜鉤”的現(xiàn)象，因此要調(diào)整變頻器的控制模式。

將變頻器模式調(diào)整為矢量控制模式（P1300=20），在這種模式下，變頻器是根據(jù)載荷需要的轉(zhuǎn)矩來迅速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域依然能輸出100%轉(zhuǎn)矩。將變頻器參數(shù)調(diào)整為矢量控制模式后，低頻時(shí)能保證電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出，低速時(shí)增大轉(zhuǎn)矩，以避免低頻時(shí)發(fā)生帶不動(dòng)負(fù)載的現(xiàn)象。再次測(cè)試大鉤下降狀態(tài)，下降過程中能量回饋至電網(wǎng)，吊車大鉤能正常上升和下降，最高測(cè)試起升高度約1.5m，起停正常，調(diào)試完成。

（3）小鉤加速起吊時(shí)“溜鉤”

小鉤起吊約1噸鉛罐，在低速（20%速度）時(shí)起升、下降均試吊平穩(wěn)，但當(dāng)操縱桿由低速迅速加速至高速（60%速度）時(shí)存在溜鉤現(xiàn)象，由高速迅速減速至停止時(shí)也存在溜鉤現(xiàn)象，同時(shí)檢查變頻器發(fā)現(xiàn)有故障信號(hào)發(fā)出。造成該現(xiàn)象的直接原因是變頻器內(nèi)部能量處理單元失效導(dǎo)致變頻器過流或過壓保護(hù)而動(dòng)作。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過改變頻率大小來實(shí)現(xiàn)的，在升速過程中，變頻器工作頻率大幅度上升的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之迅速上升，而電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將落后變頻器同步轉(zhuǎn)速而切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài);在降速過程中，變頻器頻率大幅度減小的瞬間，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而工作負(fù)載由于自身慣性的原因，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過變頻器同步轉(zhuǎn)速而切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)。由于小鉤變頻器采用PM240-2功率模塊，能量處理單元作用有限，且不帶內(nèi)置濾波器，多余能量無法回饋至電網(wǎng)，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓及直流母線電流升高，當(dāng)超過一定限值時(shí)會(huì)引起變頻器的過壓或過流保護(hù)動(dòng)作，從而引發(fā)“溜鉤”現(xiàn)象。

因此，處于發(fā)電狀態(tài)中的電機(jī)必須采取必要的措施處理這部分再生能量，最常采用的是能耗制動(dòng)的方式。能耗制動(dòng)方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

給小鉤變頻器安裝制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻器參數(shù)為900V、2kW、390Ω，安裝后測(cè)試小鉤下降過程中的使用情況，小鉤起停正常，且高速下降后電阻發(fā)熱在可接受狀態(tài)，“溜鉤”現(xiàn)象已解決。

3 結(jié)論

對(duì)于吊車而言，引發(fā)“溜鉤”的原因有多種可能。通過該起吊車“溜鉤”現(xiàn)象的分析和處理，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，提出了相應(yīng)的解決措施。這對(duì)提高吊車變頻器的使用效果，對(duì)吊車變頻調(diào)速控制系統(tǒng)維護(hù)人員與設(shè)計(jì)人員在今后的設(shè)計(jì)及調(diào)試中有一定的借鑒作用。

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