貴冶85 t冶金吊車電氣故障處理及技術(shù)創(chuàng)新

黃引群

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

貴溪冶煉廠新30萬(wàn)t熔煉系統(tǒng)各主要生產(chǎn)工序之間的銅水及物料運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)由三臺(tái)85 t冶金包子吊車來(lái)完成，85 t冶金吊車是整個(gè)冶煉工序中的重要核心設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將影響整個(gè)熔煉車間生產(chǎn)。

由于受國(guó)外裝備設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)粉塵環(huán)境、振動(dòng)大、頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)等因素影響，該吊車自2007年7月投產(chǎn)以來(lái)，吊車運(yùn)行狀況一直不順，設(shè)備故障率較高，而且存在很多安全問(wèn)題，如果一旦發(fā)生部分故障將造成廠房?jī)?nèi)部人員和設(shè)備安全隱患。為了解決這三臺(tái)吊行車的問(wèn)題，使其能滿足安全生產(chǎn)的需求，該廠堅(jiān)持以自主管理、技術(shù)提高為手段，一直對(duì)吊車故障高的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，解決設(shè)備使用過(guò)程中的各種故障，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

1 85 t冶金吊車使用工況與工作流程分析

1.1 使用工況分析

85 t冶金吊車的使用工況較惡劣，尤其是大量的粉塵和腐蝕性氣體、高強(qiáng)度頻繁運(yùn)行等因素，造成行車故障率一直居高不下。而這些工況受制于生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)，一直無(wú)法改變，因此只能通過(guò)不斷的改進(jìn)，使吊車適用于銅冶煉工況。

1.2 工作流程

85 t冶金吊車的使用操作工序是：?jiǎn)?dòng)主回路供電→操作主副卷空鉤→起吊銅水包子→開動(dòng)大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)→指定位置→掛副鉤機(jī)構(gòu)→主、副鉤機(jī)構(gòu)同時(shí)下降→銅包降到爐口位置→操作主副卷把銅水倒出→上升主、副卷提升銅包到規(guī)定位置→大、小車行駛→行車行駛至等待位置。整改操作過(guò)程頻繁啟動(dòng)，在微調(diào)位置中需要頻繁點(diǎn)動(dòng)，依靠經(jīng)驗(yàn)才能快速操作。

2 85 t冶金吊車的主要組成結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)原理

85 t冶金吊車主要由大車行走機(jī)構(gòu)、小車行走機(jī)構(gòu)、主卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、副卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、5 t電磁鐵葫蘆、安全制動(dòng)器、制動(dòng)器、電氣控制柜（PLC和繼電器控制）、極限和保護(hù)限位等組成，通過(guò)大車行走機(jī)構(gòu)完成沿廠房軌道的橫向移動(dòng)，通過(guò)小車行走機(jī)構(gòu)完成沿行車軌道的縱向移動(dòng)，通過(guò)主卷完成吊運(yùn)物體的提升，通過(guò)副卷完成銅水的倒運(yùn)。吊車有獨(dú)立的駕駛艙和操作臺(tái)，用于完成對(duì)行車的各種操作和駕駛。

大車橫行裝置的組成有：滾動(dòng)車輪、變頻電機(jī)連接減速機(jī)、變頻器、制動(dòng)器、極限限位、測(cè)距儀等。其中4臺(tái)32 kW電機(jī)，4臺(tái)電機(jī)分別由2臺(tái)75 kW的變頻器驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同一側(cè)的2臺(tái)電機(jī)，變頻器可實(shí)現(xiàn)冗余控制，即一臺(tái)變頻器故障的情況下，仍可短時(shí)控制行車行走，但運(yùn)行速度減半。

小車行走裝置的組成有：滾動(dòng)車輪、4臺(tái)變頻電機(jī)連減速機(jī)、2臺(tái)37 kW變頻器、制動(dòng)器、移動(dòng)電纜及支架、極限限位等。

主鉤裝置的組成有：2臺(tái)75 kW變頻電機(jī)連接減速機(jī)、2臺(tái)90 kW變頻器、電液制動(dòng)裝置、緊急安全制動(dòng)器、卷筒裝置、鋼絲繩、極限限位等。主鉤驅(qū)動(dòng)具有冗余設(shè)計(jì)，如果只有一臺(tái)變頻器運(yùn)行，速度減半；主鉤卷筒端設(shè)有1套緊急安全制動(dòng)器。

副卷裝置的組成有：1臺(tái)75 kW變頻電機(jī)連接減速機(jī)、1臺(tái)90 kW變頻器、電液制動(dòng)裝置、卷筒、鋼絲繩、極限限位等。

安裝在行車梁上的5 t電磁鐵式葫蘆，可沿著小車運(yùn)行方向運(yùn)行，也可上下升降，主要用于破碎冰銅包殼、粗銅包殼和平時(shí)檢修［1］。

85 t冶金吊車電氣控制系統(tǒng)的主要控制功能通過(guò)西門子S7-400系列PLC編程實(shí)現(xiàn)；保護(hù)系統(tǒng)主要有超速保護(hù)、慢速位置限位、極限位置限位、速度編碼器、稱重超載保護(hù)器等［2］。

3 85 t冶金吊車常見(jiàn)故障處理方法

3.1 大車行走經(jīng)常出現(xiàn)緊急制動(dòng)故障

出現(xiàn)此故障時(shí)，變頻器報(bào)故障代碼F56（發(fā)電邊電流極限故障），首先對(duì)變頻器外部進(jìn)行處理，通過(guò)檢查電機(jī)阻值和電纜是否損壞，再到變頻器制動(dòng)電阻檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象；再檢查變頻器參數(shù)的極限電流參數(shù) P3.4.1.7，并重新設(shè)置變頻器參數(shù)（P3.2.1.8）力矩限制，（P3.4.1.9）控制方式，（P3.4.1.21.1）力矩限制功能，（P3.4.2.2.5）停止DC頻率，（P3.4.2.2.8）制動(dòng)停止頻率，設(shè)置完成后還對(duì)變頻器做了優(yōu)化（開環(huán)自學(xué)習(xí)重新做）。但是變頻器使用2 d后，緊急制動(dòng)依然出現(xiàn)；最后大車變頻器減速時(shí)間由7.5 s設(shè)置到10.5 s后，此類故障解決。此類故障處理說(shuō)明變頻器硬件劣化，變頻器需要返廠大修。

變頻器硬件劣化的主要原因是環(huán)境中帶有腐蝕性氣體和導(dǎo)電性粉塵，另外，行車是頻繁間歇性運(yùn)行的設(shè)備，變頻器本體溫度波動(dòng)較大，會(huì)加劇變頻器的老化。應(yīng)根據(jù)變頻器的劣化趨勢(shì)，在使用3～5 a后更換新變頻器或?qū)ψ冾l器進(jìn)行返廠大修。

3.2 主、副卷變頻器裝置故障

主卷副卷電機(jī)均由變頻器裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速，如果變頻器出現(xiàn)問(wèn)題，則可能導(dǎo)致電機(jī)工作不正常。此時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)變頻器操作面板上的故障代碼進(jìn)行分析判斷，通過(guò)故障代碼查找故障原因。常見(jiàn)的變頻器代碼含義有：電壓波動(dòng)、電壓缺相、負(fù)載過(guò)流等。導(dǎo)致這些故障的常見(jiàn)原因有：變頻器外部控制回路線路故障、變頻器供電電源端子松動(dòng)、滑觸線或集電器故障（導(dǎo)致電壓波動(dòng)）、電機(jī)或動(dòng)力電纜短路、變頻器整流或逆變模塊故障、變頻器主控板故障、變頻器風(fēng)扇故障等。由于行車使用環(huán)境中含較多具有導(dǎo)電性粉塵、腐蝕性氣體，同時(shí)行車整體機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作、振動(dòng)大等原因，極易導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)各種故障。因此，需定期對(duì)變頻器進(jìn)行清灰、清洗，定期保養(yǎng)等工作。

3.3 主、副鉤運(yùn)行一致故障

出現(xiàn)此故障時(shí)，應(yīng)檢查操作手柄調(diào)速電位器是否同步輸出調(diào)速信號(hào)、3臺(tái)變頻器裝置是否有故障報(bào)警、控制回路和變頻器輸出回路是否正常、制動(dòng)器是否打開正常等。最常見(jiàn)的原因是操作手柄調(diào)速電位器出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致變頻器接收到的給定速度信號(hào)出現(xiàn)偏差。這主要是因?yàn)樾熊囀直鷦?dòng)作過(guò)于頻繁，且每次操作時(shí)的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電位器出現(xiàn)松動(dòng)造成的。因此，需定期對(duì)點(diǎn)位器固定端子進(jìn)行緊固，如1個(gè)月一次緊固端子，2 a一次更換固定螺栓等。

3.4 控制繼電器觸點(diǎn)粘接故障

控制繼電器觸點(diǎn)粘接故障產(chǎn)生的原因有：（1）行車工作環(huán)境具有強(qiáng)腐蝕性煙氣和粉塵；（2）行車操作時(shí)，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致操作過(guò)于頻繁；（3）控制繼電器觸點(diǎn)控制的交流接觸器線圈剩磁過(guò)高，導(dǎo)致繼電器在下一次接通時(shí)產(chǎn)生瞬間大電流或打火現(xiàn)象。后2條故障共同發(fā)生是導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)故障的主要原因。出現(xiàn)中間繼電器觸點(diǎn)故障時(shí)，故障原因比較難查找，原因有：中間繼電器數(shù)量較多，每臺(tái)共有50多個(gè)；故障現(xiàn)象具有間歇性特點(diǎn)，存在較大的隱蔽性，導(dǎo)致故障原因查找難度大大增加。目前的解決方法是每個(gè)月定期更換一批中間繼電器，其它改進(jìn)措施是進(jìn)行電氣設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新。

3.5 行車電氣元件松動(dòng)或電纜接線端子松動(dòng)故障

由于行車頻繁作業(yè)，且振動(dòng)較大，容易使電氣元器件（尤其是限位）及電纜接線端子松動(dòng)，輕則使行車工作異常，重則導(dǎo)致設(shè)備燒毀或損壞，甚至造成重大安全事故。因此行車的安裝必須嚴(yán)格按照規(guī)范施工，并且定期仔細(xì)檢查并緊固電氣元器件及電纜接線端子。

3.6 3＃行車大車行走半速故障

3＃行車大車行走半速故障出現(xiàn)，變頻器無(wú)任何故障，每次重啟電源大車行走10 s后，總出現(xiàn)半速。通過(guò)使用電腦監(jiān)控PLC程序發(fā)現(xiàn)電氣房門限位動(dòng)作，導(dǎo)致半速故障，最終發(fā)現(xiàn)限位碰鐵變形，更換后恢復(fù)。

4 85 t冶金吊車電氣設(shè)備優(yōu)化及技術(shù)創(chuàng)新

4.1 “緊急制動(dòng)器系統(tǒng)”技術(shù)優(yōu)化

冶金吊車主卷的正常抱閘失效或者減速機(jī)輸入、輸出軸斷時(shí)，主卷掛銅水將自由落體灑落地面，這時(shí)超速控制器系統(tǒng)檢測(cè)卷筒速度超速，發(fā)出信號(hào)給緊急制動(dòng)器抱死，保護(hù)銅包中的銅水不灑落，但是一直以來(lái)傳統(tǒng)超速保護(hù)裝置反應(yīng)慢，無(wú)法達(dá)到保護(hù)目的。

通過(guò)不斷的摸索發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)超速保護(hù)裝置反應(yīng)慢的主要原因有：超速保護(hù)器響應(yīng)慢；超速保護(hù)動(dòng)作值設(shè)置偏大（超速30%）；制動(dòng)器間隙不穩(wěn)定。

為了實(shí)現(xiàn)超速保護(hù)裝置的快速響應(yīng)，增加設(shè)備的可靠性，該廠選擇了進(jìn)口倍加福超速保護(hù)器替代原有保護(hù)器，新的超速保護(hù)器檢測(cè)準(zhǔn)確而且響應(yīng)快；將超速保護(hù)器保護(hù)值重新設(shè)置，由超速30%改為10%發(fā)出超速信號(hào)；加強(qiáng)緊急制動(dòng)器維護(hù)，定期更換，對(duì)制動(dòng)器定期調(diào)整，制動(dòng)器間隙c值控制在0.5 mm（制動(dòng)器間隙c值示意圖，如圖1所示）。

通過(guò)優(yōu)化后，大大提高了當(dāng)超速保護(hù)動(dòng)作后，緊急制動(dòng)器動(dòng)作的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間，銅包中的銅水不再灑落。

圖1 制動(dòng)器間隙c示意圖

4.2 “行車狀態(tài)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)”技術(shù)創(chuàng)新

傳統(tǒng)行車沒(méi)有行車狀態(tài)顯示功能，對(duì)于行車的檢測(cè)及故障檢測(cè)，只能依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法全面掌握行車的運(yùn)行狀態(tài)及隱患；當(dāng)行車出現(xiàn)故障時(shí)，處理故障的時(shí)間依賴于技術(shù)員的經(jīng)驗(yàn)及故障處理水平，故障處理效率較低，時(shí)間較長(zhǎng)。

為了解決上述問(wèn)題，該廠通過(guò)不斷地總結(jié)和探索，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出一套行之有效的行車狀態(tài)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)，該技術(shù)能使行車操作人員一目了然地了解行車運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警，同時(shí)對(duì)電氣人員進(jìn)行行車的點(diǎn)檢、預(yù)防性維修及處理電氣故障有極大的幫助。

“行車狀態(tài)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)”技術(shù)實(shí)施的方法是：在行車控制室原有西門子觸摸屏重新編程，并通過(guò)Profibus DP總線與行車電氣室現(xiàn)有的西門子S7-400PLC通訊。通過(guò)西門子WinCC flexible軟件在觸摸屏上制作適用于該85 t冶金吊車電控系統(tǒng)的人機(jī)界面，并結(jié)合對(duì)S7-400PLC程序的編程優(yōu)化，使觸摸屏能通過(guò)對(duì)S7-400PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最終實(shí)現(xiàn)“詳細(xì)記錄并顯示行車使用過(guò)程中的設(shè)備過(guò)程數(shù)據(jù)和故障報(bào)警”的功能。如對(duì)以下設(shè)備的顯示、報(bào)警及記錄：變頻器開關(guān)狀態(tài)；DP通訊網(wǎng)絡(luò)情況、主鉤高度值、行車動(dòng)作異?，F(xiàn)象，繼電器或接觸器工作狀態(tài)；限位狀態(tài)指示燈；相關(guān)安全及連鎖條件指示等。

4.3 控制繼電器性能優(yōu)化

對(duì)于控制繼電器觸點(diǎn)故障的問(wèn)題，投產(chǎn)初期的解決辦法是定期每個(gè)月更換繼電器。但如果要從技術(shù)手段上解決這個(gè)問(wèn)題，就必須消除交流接觸器線圈的剩磁，為此應(yīng)在交流接觸器線圈的接線端子上并聯(lián)阻容吸收器，從而消耗剩余電壓的方法來(lái)解決。在交流接觸器上使用阻容吸收器以后，對(duì)應(yīng)的控制繼電器動(dòng)作時(shí)打火現(xiàn)象明顯改善，控制觸點(diǎn)的壽命大大增加，從此不需每月定期更換繼電器，僅需在觸點(diǎn)出現(xiàn)較明顯的黑色現(xiàn)象時(shí)更換即可。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，該熔煉85 t冶金吊車經(jīng)過(guò)10年來(lái)的改進(jìn)和在日常工作中的精心維護(hù)，85 t冶金吊車故障率已降低很多，但故障還是時(shí)有發(fā)生。由于這是芬蘭科尼公司在銅冶煉行業(yè)設(shè)計(jì)最早的幾臺(tái)車，對(duì)銅冶煉行業(yè)作業(yè)與惡劣環(huán)境考慮不足，相比于電解國(guó)外進(jìn)口的同類型行車，該行車無(wú)論是在安全系數(shù)還是在故障率方面都有較大差距，但由于行車在生產(chǎn)中的重要性和安全性，繼續(xù)對(duì)行車設(shè)備的優(yōu)化、改進(jìn)和加強(qiáng)點(diǎn)檢維護(hù)工作，仍是今后工作中的重點(diǎn)。