柏承東

摘要：本文主要介紹了PLC&變頻器控制的行車系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際使用中的經(jīng)驗(yàn)，闡述分析了其優(yōu)缺點(diǎn)和生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，并提出了有效的整改措施。

關(guān)鍵詞：PLC;變頻器;行車控制系統(tǒng);故障

1? PLC&變頻器控制行車原理

機(jī)電是行車電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部件，主要分為提升電機(jī)、大車電機(jī)和小車電機(jī)等三種。傳統(tǒng)意義上的行車控制系統(tǒng)一般是通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子所串電阻的大小從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)與速度調(diào)節(jié)。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)操作頻率較高，易產(chǎn)生較大沖擊電流，導(dǎo)致行車振動(dòng)大;系統(tǒng)中的接觸器、碳刷等部件易出現(xiàn)磨損、冒火、故障等現(xiàn)象;因頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子所串電子的大小，電阻易發(fā)生接觸不良、能耗過(guò)大等問(wèn)題，電機(jī)調(diào)速不靈敏;同時(shí)傳統(tǒng)行車控制系統(tǒng)因故障頻率高，使得其維修難度較大，費(fèi)用較高。為了有效地降低行車控制系統(tǒng)的故障率，需從根源上改變電機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速手段。通過(guò)引入變頻調(diào)速器，利用變頻器靈敏、便捷的調(diào)速手段、完善保護(hù)功能等多方面優(yōu)勢(shì)能夠在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺陷。以下將對(duì)PLC&變頻器控制系統(tǒng)行車進(jìn)行詳細(xì)闡述。

PLC&變頻器控制行車原理框圖如圖1所示。

PLC&變頻器控制行車在操作上保持和傳統(tǒng)一致，將聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)設(shè)置在駕駛室中，并通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)及調(diào)速，當(dāng)聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)傳輸出的檔位信息及時(shí)反饋至PLC時(shí)，可通過(guò)輸出的數(shù)字量正反向啟動(dòng)或停止變頻器和制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)輸出4～20ma模擬量來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。行車變頻控制后，增加了電機(jī)的電流反饋，不僅實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，更有利于起升與開(kāi)閉的速度配合以及出力均衡，能在很大程度上避免因單根鋼絲繩超出極限抗拉承載力而出現(xiàn)斷裂的情況。

2? 運(yùn)行中典型故障分析

2.1 變頻器過(guò)壓、過(guò)流報(bào)警，制動(dòng)電阻燒毀

行車抓斗在下降過(guò)程中或減速過(guò)程中，電機(jī)為反向轉(zhuǎn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的力矩表現(xiàn)為正向輸出，電機(jī)通過(guò)運(yùn)行而激發(fā)的再生電能按照一定的路徑反向傳輸至變頻器，進(jìn)一步利用變頻器的直流回路釋放出去，若因再生電能無(wú)法進(jìn)行有效的釋放將導(dǎo)致變頻器的直流回路出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流現(xiàn)象，所以制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻作為變頻器至關(guān)重要的部分，需安裝于行車控制系統(tǒng)中。同時(shí)，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，變頻器的速度調(diào)節(jié)所需的反應(yīng)時(shí)間在符合實(shí)際生產(chǎn)需要的同時(shí)應(yīng)盡量放長(zhǎng)，這樣有利于制動(dòng)電阻對(duì)再生電能的釋放，能降低制動(dòng)電阻的發(fā)熱量，延長(zhǎng)使用壽命。

2.2 24V電源零電位漂移故障

在行車控制系統(tǒng)工作過(guò)程中，通常將變頻器以及PLC作為24V電源。雖然這兩種設(shè)備自身都具備可獨(dú)立工作的24V電源，然而因行車控制系統(tǒng)內(nèi)電路設(shè)置復(fù)雜，為了防止電源不足的情況，額外設(shè)置了24V的電源設(shè)備。行車控制系統(tǒng)中共有3個(gè)24V電源，若在運(yùn)行過(guò)程中電源間存在電位不等、零電位等問(wèn)題，將會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致行車出現(xiàn)各類故障。以下將闡述幾種故障情況及原因分析。

故障一：如圖2所示為單獨(dú)配備24V電源的變頻器和PLC工作示意圖。當(dāng)系統(tǒng)連接電源后，如果沒(méi)有給變頻器輸入任何速度調(diào)節(jié)信息，則顯示器會(huì)反饋按20ma的調(diào)速信號(hào)設(shè)定模擬值，那么行車在通電啟動(dòng)后將會(huì)以20ma的速度進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能再調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度。進(jìn)行原因分析時(shí)，不僅對(duì)變頻器AI輸入模塊進(jìn)行了校核，輸入電阻及相應(yīng)的信號(hào)電纜均確認(rèn)絕緣正常;而且在替換了PLC的AO模塊或拆除了4～20ma信號(hào)電纜的其中一根電纜線之后，上述的問(wèn)題仍然反復(fù)出現(xiàn)。由此可知，4～20ma信號(hào)不是從PLC傳送出去的。對(duì)PLC的AO模塊進(jìn)行了檢查之后發(fā)現(xiàn)單獨(dú)配備的電源負(fù)端對(duì)地電壓大約為-24V，這就造成一根信號(hào)電纜的兩端存在將近24V的電位差，也正是這一電位差導(dǎo)致了變頻器AI口內(nèi)部有20ma的電流流過(guò)。

整改措施：24V電源負(fù)端對(duì)地電壓為-24V，最典型的故障為電源正端接地，對(duì)24V電源仔細(xì)檢查后排除了正端接地的可能性?？梢猿醪綌喽ㄊ?4V電源內(nèi)部問(wèn)題，翻看24V電源手冊(cè)得知，負(fù)端對(duì)地電位漂移時(shí)可以把負(fù)端直接接地，從而把24V電源負(fù)端電位拉回零位，按照手冊(cè)中提供的辦法實(shí)施后，一切正常。需要注意的是：24V電源負(fù)端接地前一定要確認(rèn)24V電源正端未接地，否則將造成24V電源正負(fù)端短路，電源瞬間燒毀。

故障二：PLC的不同輸入點(diǎn)信號(hào)顯示燈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突然整體熄滅，又突然恢復(fù)的情況。該類情況同樣是涉及24V電源設(shè)備的問(wèn)題，PLC不同輸入點(diǎn)之間的電壓大小都是24V，PLC自身也具備電壓為24V中間繼電器，能夠保證不同輸入點(diǎn)信號(hào)顯示燈的正常工作。如果24V電源的正端和M端之間的電位差不超過(guò)24V，那么PLC自身具備的中間繼電器就無(wú)法保證不同輸入點(diǎn)信號(hào)顯示燈的正常工作，使得信號(hào)燈突然整體熄滅，信號(hào)丟失。經(jīng)過(guò)對(duì)PLC檢查后發(fā)現(xiàn)，其不同輸入點(diǎn)之間的電位差不穩(wěn)定，且24V電源的正端和M端并非為同一電源，M端引自PLC自帶24V電源，而24V正端引自外供24V電源，當(dāng)任何一個(gè)24V電源波動(dòng)時(shí)都會(huì)影響到電位差小于24V，詳見(jiàn)圖3。

整改措施：把M端改接到外供24V電源，使得24V正端與M端來(lái)自同一個(gè)電源，這樣即使24V電源的電位波動(dòng)時(shí)，其電位差還是會(huì)穩(wěn)定在24V的，經(jīng)過(guò)上述處理后故障現(xiàn)象消除。

2.3 行車主電源質(zhì)量差引起變頻器內(nèi)部短路

故障現(xiàn)象：行車運(yùn)行一段時(shí)間后變頻器短路故障頻發(fā)，變頻器短路后修復(fù)成本很高，新變頻器更換后送電不久又會(huì)發(fā)生短路。此問(wèn)題反饋到了行車制造廠家，廠家給出的解釋是行車供電電源質(zhì)量差，需要安裝電源濾波器，經(jīng)檢測(cè)行車主電源的質(zhì)量后發(fā)現(xiàn)明顯諧波現(xiàn)象。進(jìn)一步確認(rèn)是否是由于電源質(zhì)量差而導(dǎo)致變頻器短路故障率高，提前在易發(fā)生變頻器短路的行車上配備了一臺(tái)電源濾波器，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，變頻器內(nèi)部短路現(xiàn)象明顯減少，因此為了避免變頻器內(nèi)部短路問(wèn)題的出現(xiàn)，目前行車均配備了濾波器。

2.3.1 變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置過(guò)高，導(dǎo)致行車運(yùn)行出現(xiàn)故障

故障一：行車在空載的情況下能夠正常進(jìn)行升降，而負(fù)載后在上升過(guò)程中出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)現(xiàn)象，并且上升緩慢，嚴(yán)重時(shí)抓斗無(wú)法上升，反而在抓斗的反作用力下，自由落體下降。行車抓斗正常工作中屬于重載啟動(dòng)，而變頻器零起升速至額定轉(zhuǎn)矩輸出需要一個(gè)過(guò)程，這就有可能導(dǎo)致行車重載啟動(dòng)開(kāi)始階段因轉(zhuǎn)矩不足而抓頭無(wú)法提升。ABB變頻器第26組參數(shù)是MOTORCONTROL（電機(jī)控制），該組參數(shù)中的26.03和26.04定義了電機(jī)零速時(shí)變頻器供給電機(jī)的附加電壓值和頻率，當(dāng)行車扭矩要求大且DTC控制無(wú)法符合要求時(shí)，這項(xiàng)功能可以有效地解決該問(wèn)題。然而，不可以通過(guò)一味的設(shè)高26.03和26.04參數(shù)的方式來(lái)提高轉(zhuǎn)矩大小，那樣容易導(dǎo)致變頻器在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生過(guò)流故障。

故障二：行車空載行走時(shí)力矩不足，啟動(dòng)時(shí)抖動(dòng)嚴(yán)重。此類故障一般初步都會(huì)懷疑大車行走報(bào)閘未松開(kāi)或故障，但是檢查報(bào)閘控制回路及機(jī)械部分均正常。檢查變頻器參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，大車電機(jī)額定轉(zhuǎn)速970r/min被錯(cuò)誤的設(shè)定為1480r/min，更正參數(shù)后一切正常。行車使用的變頻器為恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器，即當(dāng)行車承受的外荷載不變的情況下，功率P和角速度Ω保持不變，那么變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩也基本保持不變，輸出的轉(zhuǎn)矩大小取決于功率P和角速度Ω的大小。因變頻器的功率P=T*Ω，若功率不變的情況下，一味地增大角速度Ω，將會(huì)使得轉(zhuǎn)矩T值過(guò)小，即大車啟動(dòng)時(shí)因角速度過(guò)大導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩不滿足要求。

2.3.2 行車的變頻器主電源由于多次斷電或電源負(fù)載溫度過(guò)高導(dǎo)致故障頻發(fā)

根據(jù)ABB變頻器的操作說(shuō)明可知，由于ABB變頻器關(guān)于自身直流電容組的充電次數(shù)有額定要求，不可通過(guò)分合其主電源斷路器的方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)及調(diào)速。當(dāng)行車在工作過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題后，操作員不及時(shí)聯(lián)系技術(shù)人員維修檢查，直接通過(guò)切斷系統(tǒng)電源再重啟的方式讓行車恢復(fù)工作，這樣反復(fù)多次的突然斷電會(huì)在極大程度上降低變頻器的使用壽命，提高故障率，因此需要對(duì)操作員進(jìn)行足夠的崗前培訓(xùn)。變頻器內(nèi)部配備有溫度報(bào)警器，當(dāng)行車在高溫環(huán)境下工作室，變頻器報(bào)警系統(tǒng)會(huì)多次報(bào)警，為了降低變頻器的故障率，應(yīng)控制變頻器的溫度環(huán)境在-15～50℃，主要原因如下：第一，由于材料相關(guān)技術(shù)參數(shù)還無(wú)法滿足規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致變頻器材料的精確度具備一定的局限性;第二，變頻器的生產(chǎn)模具等參數(shù)暫時(shí)無(wú)法符合制造工業(yè)的相關(guān)要求，造成其內(nèi)部的壓力容易在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)明顯變形;第三，因壓力容器的各部件之間存在尺寸偏差，使得其在組裝過(guò)程中容易出現(xiàn)明顯變形。

3? 改善壓力容器制造質(zhì)量的有效措施

3.1 提高對(duì)壓力容器材料及質(zhì)量控制的重視程度

為了有效地提高壓力容器的質(zhì)量，必須在方案設(shè)計(jì)階段給予足夠的重視，方案設(shè)計(jì)階段的壓力容器質(zhì)量好壞直接決定了壓力容器的制造質(zhì)量的好壞與否。在方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)專業(yè)規(guī)范設(shè)計(jì)要求對(duì)壓力容器的生產(chǎn)制造進(jìn)行全面、深入的研究分析;結(jié)合制造工藝的豐富經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步保證壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員不僅要對(duì)壓力容器的各個(gè)部件材料進(jìn)行深入、全面的研究，還應(yīng)該針對(duì)壓力容器的組裝過(guò)程及工作條件進(jìn)行充分、綜合的假設(shè)分析與探討，盡可能地使制造生產(chǎn)出來(lái)的壓力容器滿足設(shè)計(jì)、工作要求，進(jìn)而改善壓力容易的制造質(zhì)量。

3.2 加強(qiáng)對(duì)壓力容器變形的嚴(yán)格控制

為了能夠有效地加強(qiáng)對(duì)壓力容器變形的嚴(yán)格控制，主要有以下幾種方式：①加強(qiáng)對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)人員、生產(chǎn)技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，嚴(yán)格把控材料的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，保證壓力容器的材料及質(zhì)量符合設(shè)計(jì)、規(guī)范要求;②在壓力容器的制造生產(chǎn)全過(guò)程中，需要嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范要求及操作標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展生產(chǎn)動(dòng)作，確保生產(chǎn)模具符合制造工業(yè)的相關(guān)要求，嚴(yán)格控制模具在制造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化大小，進(jìn)一步減少壓力容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形量;③盡可能降低壓力容器各部件之間的尺寸偏差，在組裝過(guò)程中可通過(guò)適當(dāng)?shù)闹谓档蛪毫θ萜鞯耐獠拷Y(jié)構(gòu)變形量和組裝變形。

4? 結(jié)論

綜上所述，為了能夠?qū)毫θ萜鞯陌踩阅芴峁?qiáng)有力的保障，對(duì)壓力容器的制造質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制是至關(guān)重要且刻不容緩的。在壓力容器的設(shè)計(jì)階段，需提高對(duì)壓力容器材料及質(zhì)量控制的重視程度，確保設(shè)計(jì)方案的合理性與科學(xué)性;在制造過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)、提高人員的綜合素質(zhì)，嚴(yán)格控制材料的規(guī)格和大小;在組裝過(guò)程中，嚴(yán)格控制壓力容器內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)的變形量，降低組裝誤差，進(jìn)一步滿足壓力容器的設(shè)計(jì)與使用要求。同時(shí)，科學(xué)的材料及合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)合先進(jìn)的焊接技術(shù)，能夠?yàn)閴毫θ萜鞯闹圃熨|(zhì)量提供強(qiáng)有力的保障。

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