祝鵬輝

作者通聯(lián)：武漢國際集裝箱有限公司工程部 武漢市陽邏經(jīng)濟開發(fā)區(qū)平江路特8號 430415

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一、概述

武漢國際集裝箱有限公司一臺額定起升重量41t、編號RTG02的輪胎式集裝箱龍門起重機（RTG），采用西門子S7-300 PLC和6SE70系列變頻器控制系統(tǒng)。根據(jù)起升機構(gòu)負載既是恒轉(zhuǎn)矩負載又是位能負載的特點，系統(tǒng)采用帶測速編碼器的閉環(huán)矢量變頻控制方式，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速，具有足夠的調(diào)速硬度和良好的低轉(zhuǎn)矩特性，滿足起升機構(gòu)位能性負載的四象限運行要求。即使在零速時起升電機也能以額定轉(zhuǎn)矩的150%輸出，其輸出轉(zhuǎn)矩的能力可承擔(dān)全部負載轉(zhuǎn)矩。起升機構(gòu)采用電氣能耗制動與機械制動相結(jié)合的制動方式，機械制動滯后于電氣制動，能耗制動是電機減速時由調(diào)速系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，電機減速即將停止時，機械制動器再參與制動。

電機從啟動到全速運轉(zhuǎn)，加速時間設(shè)置為4s，當(dāng)操作手柄離開零位時，PLC立即向變頻器發(fā)出運行指令，但電機并不立即運轉(zhuǎn)（速度為零）。變頻器向電機輸出勵磁電流建立磁場，當(dāng)建立電磁轉(zhuǎn)矩后，變頻器發(fā)出運行信號給PLC，PLC再延遲0.2s發(fā)出制動器打開信號，制動器得電打開，電機開始運轉(zhuǎn)。電機從全速運轉(zhuǎn)到停止，減速時間設(shè)置為3s，當(dāng)操作手柄從某擋退到零位時，變頻器輸出頻率逐漸下降，同時能耗制動開始。當(dāng)實際速度下降到額定轉(zhuǎn)速的2.5%時，變頻器輸出繼續(xù)運行，但會給PLC發(fā)出此時變頻器已為零速的控制信號，使PLC給制動器合閘的信號消失，制動器失電抱閘，電機停轉(zhuǎn)。

2012年4月，RTG02在作業(yè)過程中突然出現(xiàn)墜箱事故。司機描述為在正常作業(yè)中，吊具提升到四層箱高后，起升手柄回零位，操作小車手柄往后倒車向車道運行過程中，吊具突然失控下墜，砸到下方兩個貝位中間的三層箱上。起升鋼絲繩脫出滑輪2～3m，故障報警顯示電機超速，制動器剎車片已燒毀。

二、故障分析及處理

1.故障分析

分析PLC控制程序和變頻器參數(shù)設(shè)定，認為控制制動器的打開、抱閘時間設(shè)置合理，能很好的與電機運行同步。變頻器、PLC的參數(shù)設(shè)置以及它們之間的配合也未出現(xiàn)錯誤。據(jù)此初步判定RTG02墜箱不是系統(tǒng)電氣控制的問題，而是制動器本身電氣或機械發(fā)生故障，導(dǎo)致制動器工作異常。

RTG02起升機構(gòu)制動器采用電力液壓盤式制動器，通過制動瓦塊（摩擦襯墊）施壓于制動盤，對旋轉(zhuǎn)機械進行停止制動。當(dāng)機構(gòu)斷電，停止工作，制動器的驅(qū)動裝置——推動器也同時斷電，并停止驅(qū)動。這時制動彈簧的彈力通過兩側(cè)制動臂傳遞到制動瓦，使制動覆面產(chǎn)生規(guī)定的壓力并建立規(guī)定的制動力矩，起到制動作用。當(dāng)機構(gòu)通電驅(qū)動時，制動器的推動器也同時通電驅(qū)動并迅速產(chǎn)生足夠的推力推起推桿，使制動彈簧進一步壓縮，制動臂向兩側(cè)外張，使制動瓦覆面脫離制動盤，消除制動覆面的壓力和制動力矩，停止制動作用。

通電檢查制動器時，發(fā)現(xiàn)推動器在通電后動作緩慢，推桿不停的上下跳動，工作異常。檢查推動器電機及線路均正常，打開推動器發(fā)現(xiàn)液壓油缸密封圈磨損，產(chǎn)生過大間隙，壓力異常造成推桿推力不穩(wěn)定。調(diào)整制動彈簧時，力矩始終達不到要求，彈簧彈力明顯下降。

通過上述檢查，分析判斷起升機構(gòu)溜鉤墜箱的主要原因是推動器液壓密封圈磨損引起驅(qū)動壓力泄漏，壓力保不住，不時打壓，導(dǎo)致頂桿推力不夠而上下跳動，造成頂桿的補償行程不足，致使制動器打開時間與電機運轉(zhuǎn)不同步，制動器未完全打開，電機運轉(zhuǎn)時制動盤與剎車片磨損，形成大的制動間隙并產(chǎn)生大量摩擦熱；制動器力矩彈簧彈力下降，產(chǎn)生制動力矩不夠，剎不住車。

2.處理措施

（1）更換一臺新的同型號電力液壓盤式制動器。

（2）重新對起升機構(gòu)的西門子變頻器做靜止?fàn)顟B(tài)電機辨識。步驟：①在設(shè)備停機狀態(tài)下，通過西門子DriverMonitor軟件，在線重新設(shè)定變頻器中相應(yīng)控制字參數(shù)設(shè)定值（表1）。②參數(shù)設(shè)定完后，設(shè)備開機。使變頻器由（°008）待機狀態(tài)進入到開機準備（°009）狀態(tài)。③通過變頻器PMU參數(shù)設(shè)置單元，將參數(shù)P115設(shè)定為2，然后按下PMU單元的切換鍵P，當(dāng)PMU單元輸出顯示報警A078“零速測量跟蹤”后立刻按下開機鍵I，變頻器接電進行自動電機辨識程序。在自動電機辨識過程中變頻器報故障，將取消辨識而關(guān)機。④靜止?fàn)顟B(tài)電機辨識完后，將改過的控制字參數(shù)設(shè)定值改回到原設(shè)定值即可。

表1

通過靜止?fàn)顟B(tài)下的電機辨識，變頻器會執(zhí)行“自動參數(shù)設(shè)置”，并對電機進行接地故障測試，泄漏測量，執(zhí)行DC測量改善閉環(huán)控制。同時重新測量電機空載電流、磁抗、R（定子+電纜）、總泄漏阻抗、R（轉(zhuǎn)子）等性能參數(shù)，進一步優(yōu)化了電機模型，提高了閉環(huán)矢量控制的精度和可靠性。

（3）增加制動器的釋放限位開關(guān)和行程補償檢測開關(guān)，并將開關(guān)量信號接入PLC進行安全控制。

三、總結(jié)

RTG02起重機已在公司運行8年，期間發(fā)生過1次類似溜鉤墜箱現(xiàn)象，起升機構(gòu)在起吊重箱加速時，因發(fā)動機功率不足造成發(fā)電機電壓下降，變頻器報F008故障（低壓故障）使緊停保護回路動作，制動器抱閘停止，重箱下墜，下滑距離約0.3m?？梢娬麢C的安全保護非?？煽?，出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象時緊急制動裝置對整機進行了有效保護，但是此次制動器出現(xiàn)失靈現(xiàn)象之前卻沒有任何異常征兆。后續(xù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該制動器在打開、抱閘過程中，釋放保護限位開關(guān)損壞后既無新開關(guān)更換也無法修復(fù)，為此維修人員斷開保護開關(guān)的接線，并且屏蔽程序中的保護信號，使設(shè)備暫時恢復(fù)運行（此后始終未更換保護限位開關(guān)）。雖然此次溜鉤主要原因是制動器自身異常，但由于釋放保護限位開關(guān)未接線，使起升控制對制動器失去有效檢測和保護，未能及時發(fā)現(xiàn)制動器推桿異常，以及制動片磨損，最終導(dǎo)致制動器失靈。

起重機出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象是非常嚴重的安全事故隱患，要嚴格按規(guī)章制度操作，加大設(shè)備巡檢力度，及時處理設(shè)備中的各種問題，加強設(shè)備日常動態(tài)記錄的檢查。杜絕一切可能的安全隱患，決不能為滿足一時生產(chǎn)需要，隨意短接、斷開或取消電氣保護裝置。