劉子龍

(湖南張家界天門山旅游股份有限公司， 湖南 張家界 427000)

1 問題的提出

張家界天門山索道全長(zhǎng)7 455 m，是全世界最長(zhǎng)的高山客運(yùn)索道。索道分成兩段驅(qū)動(dòng)，每段有兩臺(tái)440 kW的直流電機(jī)拖動(dòng)。兩段索道共采用四臺(tái)西門子6RA7093- 4DV62直流驅(qū)動(dòng)器。每一段的兩臺(tái)電機(jī)工作于主從模式，靠近減速機(jī)的是主電機(jī)，后面一臺(tái)裝有編碼器是從電機(jī)。主驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)電流環(huán)和速度環(huán)，主驅(qū)動(dòng)器通過通信電纜發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動(dòng)器。從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)速度開環(huán)，只有電流環(huán)僅負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩控制，從驅(qū)動(dòng)器的輸出電流跟隨主驅(qū)動(dòng)器輸出的給定值而變化。G2站和G3站有著完全相同的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和驅(qū)動(dòng)形式。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)器正常電流曲線如圖2所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(G2、G3相同)

圖2 正常情況下兩臺(tái)電機(jī)的電流跟隨曲線

1.1 G2站出現(xiàn)的問題

2010年底天門山索道完成了分段改造，增加了17個(gè)吊廂。第一段索道改造完成后，原來共振(吊廂上下起伏波動(dòng))的一跨由16#～17#支架之間，改在5#～6#支架之間。2011年隨著游客量的增加，第一段索道重下時(shí)兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的聯(lián)軸節(jié)異響，發(fā)出“格啦格啦”的聲音，同時(shí)吊廂也會(huì)在5#～6#支架之間上下起伏震蕩嚴(yán)重，游客有明顯的超重感和失重感，滿載上行時(shí)卻沒有異響的現(xiàn)象。電機(jī)聯(lián)軸節(jié)異響時(shí)，觸摸屏上電流曲線如圖3所示。

圖3 G2站兩臺(tái)電機(jī)的電流曲線

1.2 G3站出現(xiàn)的問題

無獨(dú)有偶，2014年7月，G3站電機(jī)報(bào)過載故障，更換電機(jī)電流檢測(cè)模塊故障依舊。檢查索道線路、減速機(jī)、電機(jī)均無卡阻現(xiàn)象。后經(jīng)觀察，觸摸屏上兩條電流曲線也出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 G3站兩臺(tái)電機(jī)的電流曲線

這樣G2站和G3站先后都出現(xiàn)了兩臺(tái)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流曲線交叉的情況。電流曲線交叉，意味著從電機(jī)不能很好的跟隨主電機(jī)的電流變化，還有可能會(huì)成為主電機(jī)的負(fù)載。

2 問題的解決

2.1 第一段索道在滿載重上時(shí)，電機(jī)之間的聯(lián)軸節(jié)沒有異響，重下時(shí)電機(jī)負(fù)載輕反而有異響

2.1.1 對(duì)第一段聯(lián)軸節(jié)異響原因

圖5 編碼器信號(hào)處理環(huán)節(jié)

重上時(shí)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)模式，電機(jī)工作于第一象限轉(zhuǎn)矩一直為正；兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)輸出正向轉(zhuǎn)矩，聯(lián)軸節(jié)和減速機(jī)內(nèi)齒輪咬合很緊。在所有部件都良好的情況下不存在異響。重下時(shí)電機(jī)工作于第一或第二象限，在兩個(gè)象限之間來回切換，電機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)正時(shí)負(fù)；再加上5#支架～6#支架之間吊廂上下震蕩波動(dòng)，這導(dǎo)致鋼絲繩的張力也跟隨變化，為了維持運(yùn)行速度恒定，電機(jī)轉(zhuǎn)矩就要做出相應(yīng)的調(diào)整。電機(jī)就要從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)瞬間變化，也就是說在第一、第二象限之間來回切換。由于主驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)速度環(huán)和電流環(huán)，為了維持運(yùn)行速度恒定，主驅(qū)動(dòng)器也會(huì)根據(jù)變化情況，發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動(dòng)器。檢測(cè)速度變化的編碼器裝在從電機(jī)的后面，主從電機(jī)之間的聯(lián)軸節(jié)是有間隙的。電機(jī)瞬間速度的變化，并未瞬間反饋給主驅(qū)動(dòng)器。主驅(qū)動(dòng)器要根據(jù)線路負(fù)載實(shí)時(shí)的做出調(diào)整，調(diào)整的結(jié)果卻沒有瞬間反饋回來，由于聯(lián)軸節(jié)間隙的原因而是有點(diǎn)滯后。所以主從電機(jī)之間來回的調(diào)整，形成了一種震蕩，導(dǎo)致聯(lián)軸節(jié)之間的間隙“格啦格啦”的聲音。

2.1.2 解決辦法

根據(jù)上面的分析，筆者認(rèn)為有兩種辦法可以解決。

(1)把安裝有編碼器的電機(jī)該做主電機(jī)，把該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為主驅(qū)動(dòng)器，這樣主驅(qū)動(dòng)器可實(shí)時(shí)的得到電機(jī)速度的瞬態(tài)值，根據(jù)瞬態(tài)值主驅(qū)動(dòng)器再發(fā)送電流給定值到從驅(qū)動(dòng)器。該方案的缺點(diǎn)是需要改線和修改驅(qū)動(dòng)器參數(shù)。

(2)根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整編碼器反饋延時(shí)，讓主驅(qū)動(dòng)器的反應(yīng)遲鈍一些，不讓主驅(qū)動(dòng)器調(diào)整的過于頻繁。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不需要改線，僅需調(diào)整參數(shù)，工程上可以接受。所以才用了該方案。

圖6 速度環(huán)反饋值處理環(huán)節(jié)

參考6RA70系統(tǒng)圖，參見圖5編碼器信號(hào)處理環(huán)節(jié)、圖6反饋值速度環(huán)處理環(huán)節(jié)。編碼器反饋值經(jīng)圖5處理環(huán)節(jié)輸出到K0040(從編碼器反饋的實(shí)際速度值)，在圖6當(dāng)中，由于是編碼器反饋主驅(qū)動(dòng)設(shè)備P083=2，K0040被送入速度處理環(huán)節(jié)。

從圖中可以看出，調(diào)整參數(shù)P200可以修改編碼器反饋延遲。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)最壞的工況(重下，震蕩嚴(yán)重，異響最頻繁)，在運(yùn)行中調(diào)整參數(shù)P200值，直到聯(lián)軸節(jié)異響消失。至此該故障消除，到目前一直運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2 第二段索道的電流曲線交叉處理方法

(1)原因分析

觸摸屏上報(bào)電機(jī)過載故障，兩臺(tái)電機(jī)之間的聯(lián)軸節(jié)沒有出現(xiàn)異響。G3站出現(xiàn)電流曲線交叉的情況，說明兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩沒有嚴(yán)格同步。電機(jī)既然報(bào)過載故障，首先排查第二段整條索道線路是否出現(xiàn)機(jī)械卡阻現(xiàn)象，減速機(jī)是否卡阻，兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否卡阻，機(jī)械卡阻會(huì)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大電機(jī)過載。經(jīng)過排查排除了機(jī)械故障。第二段索道也沒有出現(xiàn)第一段的吊廂上下波動(dòng)，不會(huì)帶來鋼絲繩瞬間張力的變化，這點(diǎn)也可以排除。

下一步根據(jù)圖紙排除電氣回路是否存在誤報(bào)的情況。驅(qū)動(dòng)器輸出電流檢測(cè)環(huán)節(jié)參見圖7、圖8、圖9。驅(qū)動(dòng)器輸出電流經(jīng)9R3送到電機(jī)電樞回路(見圖7)，圖7電阻9R3產(chǎn)生的壓降送到附圖8中的37U6、37U7電壓電流轉(zhuǎn)換單元，再送到附圖9中PLC的安全模擬量輸入模塊，進(jìn)行雙通道處理。

更換37U6、37U7故障依舊，9R3是一個(gè)康銅片不會(huì)有故障，更換PLC模塊故障依舊存在，線路導(dǎo)線也沒問題。

考慮到這兩臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)電流曲線交叉情況，兩臺(tái)電機(jī)是聯(lián)軸節(jié)連接的，如果編碼器軟故障，丟了一些脈沖，但又沒有完全損壞，結(jié)果會(huì)怎樣呢？結(jié)果就是：主驅(qū)動(dòng)器所得到反饋值并不是實(shí)際的速度值，主驅(qū)動(dòng)器不停的做出調(diào)整。電流曲線交叉，就意味著一臺(tái)電機(jī)需要提高轉(zhuǎn)矩，另一臺(tái)電流反而下降，它成為了前面那臺(tái)電機(jī)的載荷，所以電機(jī)會(huì)過載。編碼器丟了反饋脈沖，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器調(diào)整紊亂。

(2)故障的解決

根據(jù)以上分析，更換新的編碼器后設(shè)備恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

圖7 驅(qū)動(dòng)器輸出電流檢測(cè)

圖8 電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換

圖9 PLC模擬量輸入

以上兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障，在觸摸屏上都出現(xiàn)了主從兩臺(tái)電機(jī)電流曲線交叉的情況，雖然這兩套設(shè)備的型號(hào)和結(jié)構(gòu)完全相同，導(dǎo)致電流曲線交叉的原因和解決方法卻是完全不同的。解決故障不能只看表象還要具體情況具體分析。從這兩套驅(qū)動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)交叉的情況來看，主從電機(jī)聯(lián)軸節(jié)之間的間隙甚至減速機(jī)齒輪之間的間隙，都會(huì)影響編碼器的實(shí)時(shí)反饋值。這種情況最好還是距離減速機(jī)遠(yuǎn)一點(diǎn)的電機(jī)作為主電機(jī)，主電機(jī)軸末端安裝編碼器，這樣主驅(qū)動(dòng)器就會(huì)得到主電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度了。