官智超

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

起重機(jī)是一種用于物料搬運(yùn)、裝卸、安裝的機(jī)械設(shè)備，可以減輕或代替人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域之中［1］。貴溪冶煉廠熔煉車間新老系統(tǒng)共有65T橋式起重機(jī)3臺，85T橋式起重機(jī)3臺，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)線上冰銅、渣、冷料等轉(zhuǎn)運(yùn)，是閃速爐、轉(zhuǎn)爐、陽極爐和卡爾多爐之間的運(yùn)輸紐帶。其中老系統(tǒng)65T行車采用的是接觸器式的控制方式，大車小車的運(yùn)行無防搖擺功能，行車大小車行走過程會出現(xiàn)銅包搖晃現(xiàn)象，行車工是通過經(jīng)驗(yàn)打反車及腳踏剎車來使包子平穩(wěn)，對操作工的要求較高，同時安全隱患系數(shù)較高；新系統(tǒng)則是使用進(jìn)口的科尼85T行車，采用防搖擺技術(shù)［2］，其中大小車行走變頻器均使用了防搖擺的功能，在吊運(yùn)包子時，變頻器通過編碼器反饋回來的吊運(yùn)高度，變頻器自動執(zhí)行防搖擺功能，通過加速減速行走實(shí)現(xiàn)吊運(yùn)包子的平穩(wěn)運(yùn)行，無需操作工較多的打反車及剎車的操作。在吊運(yùn)過程中提高了吊運(yùn)效率，降低了操作工的操作強(qiáng)度，同時也提高了吊運(yùn)安全系數(shù)。

1 防晃技術(shù)在冶金吊上的現(xiàn)實(shí)意義及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 現(xiàn)實(shí)意義

冶金起重機(jī)工作環(huán)境惡劣且工作級別較高［3］。冶金起重機(jī)吊運(yùn)重物過程中，由于起重機(jī)的瞬時起動、加減速、制動、瞬時卸載以及小車的起停等工況容易使重載隨著起重機(jī)吊鉤產(chǎn)生一度幅度的擺動，不僅影響起重機(jī)定位的準(zhǔn)確性、工作效率、安全性，而且易產(chǎn)生動載荷，對其機(jī)構(gòu)有一定的振動和沖擊，影響其使用壽命［4］。對于起重設(shè)備以及頻繁裝卸的搬運(yùn)行業(yè)而言，降低吊具搖擺時間，提高工作效率非常重要。另外，在實(shí)際操作過程中，不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鳂O易產(chǎn)生碰撞甚至出現(xiàn)其它危險情況［5］。因此，一套冶金起重機(jī)的防搖擺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定作業(yè)、平穩(wěn)操作成為起重機(jī)制造商和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。一個好的防搖擺系統(tǒng)能起良好的減搖效果，可以提高勞動生產(chǎn)率，杜絕生產(chǎn)過程的安全隱患。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

1.防搖功能可以防止起重機(jī)在大、小車運(yùn)行時負(fù)載的慣性沖擊帶來的吊鉤搖擺。

2.防搖功能可以實(shí)現(xiàn)起升高度全程范圍內(nèi)的防搖。

3.防搖功能獨(dú)立設(shè)置一個檢測負(fù)載高度的編碼器，可以根據(jù)負(fù)載的高度不同選擇不同的防搖擺角度，達(dá)到更好的防晃效果。

4.防搖功能可以控制搖擺的角度在正負(fù)0.25°。

5.防搖功能在操作室上設(shè)置獨(dú)立的腳踏開關(guān)用于是否激活該功能。

6.防搖晃功能可以讓操作人員不要手動調(diào)整控制搖擺的角度，可以提高整個搬運(yùn)過程的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。

2 控制系統(tǒng)的硬件簡介

防搖擺控制利用鐘擺原理，通過PLC控制器的防搖擺算法，控制發(fā)送給變頻器的速度命令信號而連續(xù)限制擺動［6］。在防晃控制系統(tǒng)中，如圖1主要硬件包括西門子400PLC、西門子高速計(jì)數(shù)模塊、高度檢測軸編碼器、變頻器、電機(jī)等。變頻器與PLC之間通過現(xiàn)場總線訊連接，吊運(yùn)高度的采集通過安裝在卷揚(yáng)上的軸編碼器反饋回來的信號進(jìn)入高速計(jì)數(shù)模塊，PLC內(nèi)部通過程序運(yùn)算給出實(shí)際吊運(yùn)高度。變頻器通過通訊過來的吊運(yùn)高度來計(jì)算出相應(yīng)的搖擺時間實(shí)現(xiàn)自動跟車完成防搖擺動作。

圖1 防晃系統(tǒng)主要硬件組成

3 總體控制要求及功能

防晃技術(shù)的要求是對起重機(jī)運(yùn)行過程中因加減速產(chǎn)生的搖擺現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，使起重機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，更能精準(zhǔn)地到達(dá)指定位置。在起重機(jī)停車過程中，對當(dāng)前時刻的起升高度進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，精準(zhǔn)計(jì)算出防搖時間，自動跟車，提高作業(yè)效率，提升起重機(jī)的安全性能。具體功能如下：

1.控制操作。在行車操作室對行車進(jìn)行精準(zhǔn)操作，可實(shí)現(xiàn)大小車、主副卷同時操作，操作可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一步到位，無需踩剎車或頻繁打反車等操作來實(shí)現(xiàn)定位。

2.取消和激活防晃功能。85T行車在撞包子作業(yè)時需要實(shí)現(xiàn)取消防晃功能達(dá)到更好的撞包子效果，可以通過操作室內(nèi)的腳踏開關(guān)實(shí)現(xiàn)取消和激活防晃功能，使行車達(dá)到更高的作業(yè)效果。

3.自動校準(zhǔn)防晃效果功能。防晃效果的好壞與起升高度的采集密切相關(guān)，而起升高度的采集是通過主卷上安裝的軸編碼器得來的，當(dāng)使用時間較長時，就會存在累計(jì)誤差，導(dǎo)致采集的起升高度與實(shí)際高度有所差異，從而影響了防晃效果。因此將起升上限作為一個零點(diǎn)效驗(yàn)值，當(dāng)出現(xiàn)防晃效果不佳時，可通過人為操作將主卷頂?shù)缴舷迍幼?，來自動效?yàn)零點(diǎn)高度，從而達(dá)到自動效驗(yàn)防晃效果的功能。

4.采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著各類控制器、PLC、變頻器等技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用，電氣防搖控制系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)廣泛了。主要實(shí)現(xiàn)的原理是，當(dāng)行車吊運(yùn)重物加減速運(yùn)動時，通過采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，測算出吊鉤偏擺角度，再通過控制行車加速或者減速限制擺動。當(dāng)物體達(dá)到設(shè)定的速度或停止時，晃動很小或者基本沒有晃動，從而抵消偏擺角，達(dá)到防晃的目的。電氣防搖擺可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)或者閉環(huán)控制系統(tǒng)完成［7］。貴溪冶煉廠85T行車采用的就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制精度高，穩(wěn)定性好。

4 防晃技術(shù)應(yīng)用中的一般故障及排查

防晃技術(shù)在85T行車的應(yīng)用中存在一些一般性的故障，主要表現(xiàn)出來就是防晃功能丟失、防晃跟車不夠、防晃跟車過長等幾個方面。要達(dá)到一個較好的防晃效果，需要硬件及軟件參數(shù)的相結(jié)合調(diào)整。針對85T行車近年來出現(xiàn)的有關(guān)防晃的各類故障，總結(jié)主要包含了以下幾個方面：

1.通訊故障。防晃功能的實(shí)現(xiàn)是要通過變頻器讀取PLC現(xiàn)場采集過來的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算判斷跟車時間及速度的，而PLC與變頻器之間是通過一根現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)線連接的。如果這個網(wǎng)絡(luò)線或者網(wǎng)絡(luò)接口出現(xiàn)問題，將直接影響變頻器的防晃功能，會出現(xiàn)防晃功能直接丟失，行車無法作業(yè)的情況，貴溪冶煉廠85T行車在運(yùn)行過程中就出現(xiàn)過幾次這種通訊故障。

2.高速計(jì)數(shù)模塊故障?，F(xiàn)場軸編碼器采集過來的信號是通過西門子高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行運(yùn)算的，因此高速計(jì)數(shù)模塊的好壞將會影響主卷臂長的運(yùn)算結(jié)果，如果出現(xiàn)運(yùn)算錯誤將會直接影響防晃效果。該廠85T行車就出現(xiàn)因?yàn)楦咚儆?jì)數(shù)模塊問題導(dǎo)致防晃跟車以固定的一個臂長進(jìn)行控制，所有當(dāng)臂長發(fā)生變化時，防晃效果就會不好。

3.現(xiàn)場檢測故障?，F(xiàn)場采集檢測元件主要就是安裝在主卷筒上的軸編碼器，當(dāng)然還包括主卷上限位、行車駕駛室的腳踏開關(guān)以及現(xiàn)場電纜等。這些現(xiàn)場采集檢測的元件的好壞直接影響防晃功能，85T行車在現(xiàn)場采集檢測方面出現(xiàn)的問題有主卷限位開關(guān)觸點(diǎn)壞、行車駕駛室腳踏開關(guān)壞、軸編碼器壞、軸編碼器聯(lián)軸器斷、現(xiàn)場連接電纜壞等。

4.變頻器參數(shù)調(diào)整。當(dāng)出現(xiàn)防晃效果不佳的情況時，外部硬件方面檢查無問題，可以考慮通過調(diào)整變頻器的軟件參數(shù)來達(dá)到相應(yīng)的防晃效果。變頻器軟件參數(shù)方面與防晃相關(guān)的參數(shù)很多，但主要包括防晃激活狀態(tài)、防晃激活碼、防晃數(shù)據(jù)通道設(shè)置、修正臂長、當(dāng)前臂長、實(shí)際臂長等。當(dāng)出現(xiàn)防晃問題時，可通過查看這些參數(shù)，確定防晃功能的使用情況，特別是實(shí)際臂長、當(dāng)前臂長、修正臂長這三個參數(shù)，通過調(diào)整修正臂長參數(shù)使當(dāng)前臂長達(dá)到一個正確的值，保證了防晃效果。該廠85T行車出現(xiàn)過一次因?yàn)楦鼡Q編碼器及變頻器導(dǎo)致的防晃效果始終達(dá)不到要求，就是通過調(diào)整這些參數(shù)從而達(dá)到較佳的防晃效果的。

5 技術(shù)改造

貴溪冶煉廠二系統(tǒng)三臺85T行車屬于科尼進(jìn)口設(shè)備，其核心技術(shù)就是行車的防晃技術(shù)，目前存在的問題就是防晃技術(shù)的封鎖。大車小車變頻器內(nèi)部的防晃技術(shù)完成掌握在科尼廠家，一旦變頻器出現(xiàn)問題，均無法恢復(fù)，必須找科尼原廠家才能算出相應(yīng)的防晃碼以恢復(fù)防晃功能，針對這一問題，該廠已通過改進(jìn)解決了這個瓶頸問題，在不改變其主要核心控制系統(tǒng)的情況下，在1＃車設(shè)計(jì)改造了一套切換裝置，重新增加了一套國產(chǎn)變頻器驅(qū)動裝置。從使用的情況來看，國產(chǎn)變頻器完全可以代替現(xiàn)有的科尼變頻器，其防晃效果也能達(dá)到原變頻器的效果，后期將繼續(xù)將其它幾臺行車的大車及小車進(jìn)行相應(yīng)的替代改造，徹底解決進(jìn)口行車的技術(shù)封鎖。

6 結(jié)束語

防晃技術(shù)在吊車上的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，作為冶金吊，吊物安全平穩(wěn)地運(yùn)行相當(dāng)重要。以85T冶金吊為背景，結(jié)合實(shí)際使用情況，從防晃技術(shù)的主要組成、現(xiàn)實(shí)意義、控制要求功能、防晃一般故障的排查解決以及防晃的技術(shù)改造探索了防晃功能在85T行車的使用實(shí)際。特別是技術(shù)改造方面，近年來許多國產(chǎn)吊車廠家都在研究開發(fā)自己的防晃技術(shù)，這對解決國外吊車防晃技術(shù)封鎖，提升國產(chǎn)吊車的性能方面有著重要的意義。