王志凱

(五礦集團(tuán)安徽開(kāi)發(fā)礦業(yè)有限公司)

1 提升系統(tǒng)停車(chē)發(fā)出噪聲不正?，F(xiàn)象

安徽開(kāi)發(fā)礦業(yè)有限公司李樓鐵礦1#主井提升機(jī)主機(jī)型號(hào)為JKM4×6(Ⅲ)E，摩擦輪直徑4 m，直流電機(jī)直聯(lián)方式，箕斗自重29 t，平衡錘配重46.65 t，載重34 t，全速10.05 m/s。采用ABB公司DCS800傳動(dòng)系統(tǒng)。［1］提升機(jī)近2年來(lái)安全平穩(wěn)運(yùn)行，在各機(jī)械部位的磨合匹配后，出現(xiàn)了每次正反向停車(chē)抱閘時(shí)都會(huì)發(fā)出不正常噪聲，且空箕斗下放到裝載位置時(shí)有輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2 原因分析以及處理方法的設(shè)想

噪聲的產(chǎn)生肯定是由于振動(dòng)，停車(chē)出現(xiàn)不正常噪聲應(yīng)該是貼、抱閘時(shí)刻與大型直流電機(jī)控制運(yùn)行配合的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)調(diào)整貼閘壓力、抱閘時(shí)刻，效果都不是非常理想。由于機(jī)械響應(yīng)速度遲站回緩，液壓油壓力的延時(shí)，機(jī)械機(jī)構(gòu)能夠調(diào)整的極限反應(yīng)時(shí)間大約在1 s左右，不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。為了徹底解決噪聲問(wèn)題，提出了從電控系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)上調(diào)整改進(jìn)控制方式的設(shè)想。利用ABB公司的傳動(dòng)維護(hù)調(diào)試工具Drivewindow對(duì)電機(jī)控制進(jìn)行毫秒級(jí)的精確調(diào)試匹配［2］。

3 傳動(dòng)系統(tǒng)控制分析

ABB提升機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制，在轉(zhuǎn)矩控制模式下時(shí)，速度由負(fù)載決定。同樣，當(dāng)運(yùn)行在速度控制模式下時(shí)，轉(zhuǎn)矩大小由負(fù)載決定。速度和轉(zhuǎn)矩對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是2個(gè)最主要的因素，可以直接通過(guò)電樞電流來(lái)控制:轉(zhuǎn)矩控制為內(nèi)環(huán)，速度控制為外環(huán)［3］。

提升機(jī)啟動(dòng)停車(chē)的過(guò)程就是2種控制方式的切換過(guò)程，啟動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)控制電機(jī)預(yù)先施加預(yù)置轉(zhuǎn)矩，在提升機(jī)松閘運(yùn)行后立即切換到速度控制;停車(chē)時(shí)也是由速度控制切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下。針對(duì)噪聲只存在停車(chē)時(shí)的情況，我們要關(guān)注2種控制方式的切換時(shí)刻。傳動(dòng)系統(tǒng)接收來(lái)自電控系統(tǒng)的指令控制電機(jī)的運(yùn)行，并通過(guò)反饋電流和編碼器實(shí)時(shí)讀取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

4 采集傳動(dòng)曲線分析

利用Drivewindow采集停車(chē)前各個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)分析，重點(diǎn)關(guān)注停車(chē)時(shí)刻的幾個(gè)相關(guān)參數(shù)曲線變化:電機(jī)反饋速度值1;來(lái)自電控PLC給傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行指令2;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3;速度給定值4;轉(zhuǎn)矩控制選擇5;見(jiàn)圖1。

圖1 停車(chē)前過(guò)程曲線

從圖1中可以看出，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3有一個(gè)下降又上升然后保持平穩(wěn)的趨勢(shì)，表明電機(jī)減速至停車(chē)前的爬行速度，到接近停車(chē)時(shí)速度給定值4已經(jīng)為0。從此段曲線至完全抱閘停車(chē)時(shí)刻105.780 s處的趨勢(shì)可以看出，來(lái)自電控PLC給傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行指令2與轉(zhuǎn)矩控制選擇5同時(shí)切換;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩值有一個(gè)小的凸起趨勢(shì)，說(shuō)明抱閘后，電機(jī)切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下時(shí)電機(jī)還在出力，從而導(dǎo)致抱閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)響聲。所以，為了解決這個(gè)問(wèn)題，要同時(shí)兼顧停車(chē)前轉(zhuǎn)矩控制切換時(shí)刻的調(diào)整和轉(zhuǎn)矩大小的限幅。

5 電控軟停車(chē)程序的設(shè)計(jì)

原停車(chē)控制方式的切換是在抱閘命令產(chǎn)生時(shí)，速度控制模式即時(shí)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制模式，這樣會(huì)由于轉(zhuǎn)矩輸出不夠平穩(wěn)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。設(shè)想如果把速度控制模式切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下運(yùn)行的時(shí)刻延時(shí)到徹底停車(chē)抱閘以后，這樣停車(chē)的效果會(huì)不會(huì)降低或者消除由于抱閘后轉(zhuǎn)矩還在輸出而帶來(lái)的噪聲，也就是完全利用速度控制去實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。在提升機(jī)傳動(dòng)控制程序中添加一段延時(shí)切換為轉(zhuǎn)矩控制模式的程序，將延時(shí)時(shí)間設(shè)置到抱閘停車(chē)以后，見(jiàn)圖2［4］。

圖2 停車(chē)后延時(shí)切換轉(zhuǎn)矩控制

增加這段程序代碼后，提升機(jī)停車(chē)時(shí)就可按照設(shè)置的PT延時(shí)時(shí)間去切換控制方式。投入后再次采集曲線觀察停車(chē)時(shí)的狀態(tài)效果，振動(dòng)噪聲明顯減小，但是出現(xiàn)了滾筒輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，也就是說(shuō)這種設(shè)想是有效的。但是完全的采用速度控制停車(chē)造成了停車(chē)輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，所以轉(zhuǎn)矩控制也是不能完全舍去的。再設(shè)想投入停車(chē)轉(zhuǎn)矩限幅，與控制方式延時(shí)切換一起投入，讓速度控制切換后以一個(gè)很小的轉(zhuǎn)矩去控制電機(jī)從而平穩(wěn)的抱閘停車(chē)。從多次反復(fù)試驗(yàn)觀察，停車(chē)前速度控制切換過(guò)早會(huì)有振動(dòng)噪聲(轉(zhuǎn)矩過(guò)大，不夠平穩(wěn));切換過(guò)晚又會(huì)引起滾筒翻轉(zhuǎn)(抱閘停車(chē)后轉(zhuǎn)矩輸出起不到閘住滾筒的作用)。

在速度控制切換為轉(zhuǎn)矩控制前，將轉(zhuǎn)矩限幅在一個(gè)合適的不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲又能平穩(wěn)抱閘且不反轉(zhuǎn)的范圍，在控制方式切換的時(shí)刻立即投入，這樣就應(yīng)該可以解決這個(gè)問(wèn)題。在傳動(dòng)控制程序P45中添加一個(gè)轉(zhuǎn)矩限幅的窗口功能，在PLC切換控制方式指令到來(lái)前進(jìn)行限幅輸出，見(jiàn)圖3［5］。

圖3 停車(chē)前轉(zhuǎn)矩限幅窗口程序

增加的時(shí)間變量控制模式切換信號(hào)的延時(shí)的PT延時(shí)時(shí)間一定要小于轉(zhuǎn)矩限幅延時(shí)的PT延時(shí)時(shí)間，這樣才能保證在切換為轉(zhuǎn)矩控制模式前先對(duì)轉(zhuǎn)矩有效限幅。變量正向轉(zhuǎn)矩限幅值和反向轉(zhuǎn)矩限幅值分別通過(guò)ABB傳動(dòng)通訊驅(qū)動(dòng)器設(shè)置指針地址到傳動(dòng)參數(shù)最大轉(zhuǎn)矩(TorqMax 20.05)和最小轉(zhuǎn)矩(TorqMin 20.06)進(jìn)行限幅值的寫(xiě)入。

6 優(yōu)化軟停車(chē)控制方式后的效果

經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，在振動(dòng)噪聲與滾筒反轉(zhuǎn)之間取一個(gè)平衡點(diǎn)，根據(jù)工況每次調(diào)整2個(gè)PT延時(shí)的毫秒級(jí)時(shí)間以及限幅的大小，獲得了一個(gè)比較平穩(wěn)合適的停車(chē)曲線，見(jiàn)圖4。

圖4 優(yōu)化后的停車(chē)前過(guò)程曲線

從圖4中可以看出，在85.040 s處，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩［3］立即以一個(gè)很小的平穩(wěn)下降趨勢(shì)至抱閘時(shí)刻，此時(shí)刻先于來(lái)自PLC給的停車(chē)指令［2］且先于轉(zhuǎn)矩控制模式選擇控制模式選擇變量指令［5］。試驗(yàn)后針對(duì)我公司李樓1#主井的運(yùn)行工況確定了以下幾個(gè)變量合適的設(shè)置值。其他主井系統(tǒng)可作為參考進(jìn)行精確毫秒級(jí)的調(diào)整，見(jiàn)表1。

7 結(jié)論

針對(duì)提升系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)受其材料性能影響，而不能到達(dá)更高精度控制和激勵(lì)響應(yīng)效果的情況，要利用高動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)分析手段對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)

表1 李樓1#主井軟停車(chē)參數(shù)設(shè)置

行分析，多次反復(fù)試驗(yàn)，在動(dòng)態(tài)值范圍內(nèi)找出合適的參數(shù)用以調(diào)整最終機(jī)械機(jī)構(gòu)的執(zhí)行效果。本研究所述的這種軟停車(chē)思路成功解決了提升機(jī)停車(chē)抱閘噪聲和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了提升機(jī)全負(fù)荷下高效安全運(yùn)行。

［1］ 中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司.李樓鐵礦采選工程初步設(shè)計(jì)［R］.秦皇島:中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司，2010.

［2］ DCS800系列直流模塊固件手冊(cè)［M］.［S.l.］:ABB公司，2009.

［3］ ABB直接轉(zhuǎn)矩控制傳動(dòng)技術(shù)指導(dǎo)手冊(cè)［M］.［S.l.］:ABB公司，2010.

［4］ 馬建民，趙增玉，等.現(xiàn)代提升機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

［5］ AC800M編程手冊(cè)［M］.［S.l.］:ABB公司，2009.