◎ 王康興

（連云港東糧碼頭有限公司，江蘇 連云港 222000）

門(mén)座起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)機(jī)）具有諸多優(yōu)勢(shì)，其性能優(yōu)異，工作效率高，在港口生產(chǎn)中得以普遍應(yīng)用。連云港東糧碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東糧公司）使用的門(mén)座起重機(jī)主要包括行走機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起升結(jié)構(gòu)、變幅結(jié)構(gòu)4大動(dòng)作機(jī)構(gòu)，均采用變頻器驅(qū)動(dòng)。

1 門(mén)機(jī)起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述

門(mén)機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、剎車(chē)制動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置（減速機(jī)等）、卷筒裝置（起升、開(kāi)閉兩個(gè)）、鋼絲繩、取料裝置（吊鉤或抓斗）[1]。當(dāng)司機(jī)動(dòng)作主令控制器手柄時(shí)，輸入信號(hào)通過(guò)PLC向變頻器發(fā)出信號(hào)，控制起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度及方向，經(jīng)過(guò)減速機(jī)低速軸帶動(dòng)鋼絲繩卷筒，控制兩根鋼絲繩的卷入及放出，當(dāng)主令回到零位時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，制動(dòng)器動(dòng)作，對(duì)電機(jī)進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)。東糧公司碼頭經(jīng)常進(jìn)行散貨糧食及化肥的裝卸作業(yè)，起升工作機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)一般為A6～A7。其中起升機(jī)構(gòu)共有4根鋼絲繩進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，分為兩組，起升1：主牽引鋼絲繩；支持2：副牽引及鋼絲繩開(kāi)閉。

起升機(jī)構(gòu)共有2臺(tái)電機(jī)，設(shè)置在機(jī)器房?jī)?nèi)，采用三相變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩套起升機(jī)構(gòu)既可單動(dòng)又可聯(lián)動(dòng)，2臺(tái)起升電機(jī)都配有制動(dòng)器。起升機(jī)構(gòu)包括吊鉤、抓斗兩種工況，吊鉤狀況下可用支持單機(jī)、開(kāi)閉單機(jī)、吊鉤；抓斗狀況下，雙機(jī)操作。

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)雙機(jī)動(dòng)作時(shí)，需滿(mǎn)足起升1、起升2兩個(gè)零位條件，且上電正常、起升手柄正常。當(dāng)單機(jī)動(dòng)作時(shí)，只需滿(mǎn)足相應(yīng)的單機(jī)零位條件。

2 異步電動(dòng)機(jī)概述

2.1 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：

式中：f代表電源頻率，p為極對(duì)數(shù)，s代表轉(zhuǎn)差率。

通過(guò)公式（1）可知，調(diào)整電源頻率f可以控制電動(dòng)機(jī)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的效果。

變頻調(diào)速技術(shù)，調(diào)速效率高，屬于高效調(diào)速方式，能夠根據(jù)門(mén)機(jī)司機(jī)操作的需要發(fā)揮出理想的調(diào)速性能，另外，由于變頻器具備軟啟動(dòng)功能以及內(nèi)部濾波電容的作用，減輕了大功率電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低了無(wú)功損耗，能夠節(jié)能降耗，因而在現(xiàn)代港口裝卸設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，變頻器以其理想的特性組成了門(mén)機(jī)的重要部分[2]。

2.2 變頻器的結(jié)構(gòu)形式

2.2.1 主回路

主回路是異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)頻調(diào)壓電源的電力變換部分，主要包括3大組成部分。

（1）整流器：一般由真空管、引燃管、固態(tài)矽半導(dǎo)體二極管、汞弧等制成。將工頻交流電源（一般為380 V）進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為直流電源，即AC-DC轉(zhuǎn)換。

（2）濾波器：由于經(jīng)過(guò)整流器處理得到的直流電源受到脈動(dòng)影響后，電源信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)，為了得到門(mén)機(jī)司機(jī)特定的頻率信號(hào)，就需要通過(guò)直流電阻器或者電容器對(duì)這些波動(dòng)進(jìn)行有效濾除。

（3）逆變器：由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，是一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置，經(jīng)逆變器處理好的交流電源將提供給對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到變頻調(diào)速的效果。

2.2.2 控制回路

控制回路主要包括主控板、驅(qū)動(dòng)板、電源板、PG卡、通訊卡等。

2.2.3 變頻器故障及處理

一般來(lái)說(shuō)，變頻器自帶故障診斷功能，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)部分的有效保護(hù)。故障未解決前，顯示屏將提示故障代碼，指導(dǎo)故障原因分析，便于故障及時(shí)解決[3]。故障解決后，故障將會(huì)被記錄下來(lái)，并保存在變頻器的歷史記錄中，便于將來(lái)的故障處理。與之類(lèi)似的一項(xiàng)是變頻器報(bào)警，報(bào)警功能一般不影響變頻器的正常運(yùn)行。為了保護(hù)設(shè)備，變頻器擁有過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)低電壓等保護(hù)功能。保護(hù)功能被啟動(dòng)時(shí)會(huì)切斷變頻器輸出，停止電機(jī)，此狀態(tài)保持到強(qiáng)制重置（復(fù)位）[4]。

下面將基于東糧公司使用的散貨抓斗的門(mén)機(jī)應(yīng)用變頻器發(fā)生的一起起升故障進(jìn)行相關(guān)探討。

3 故障發(fā)生情況

2021年5月12日晚22:30，門(mén)機(jī)司機(jī)報(bào)告在抓料起升旋轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)至糧食漏斗正常操作時(shí)，抓斗突然開(kāi)斗，大豆撒漏，進(jìn)行閉斗操作正常，為防止造成高空墜物等安全隱患，門(mén)機(jī)停止作業(yè)。23:05，技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，依次檢查CMS系統(tǒng)、故障監(jiān)視屏、PLC以及起升變頻器，均未出現(xiàn)故障。對(duì)此故障進(jìn)行判斷性處理，認(rèn)為右操作臺(tái)鋼絲繩模式控制旋鈕出現(xiàn)故障或輸入信號(hào)線路問(wèn)題，對(duì)此進(jìn)行了旋鈕的更換和線路、主令控制器的排查，現(xiàn)場(chǎng)模擬抓料以及斷電情況下操動(dòng)手柄，并在5月13日0:30進(jìn)行了實(shí)際抓料，實(shí)時(shí)監(jiān)控并未出現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)斗的故障。

5月13日15:30左右，再次出現(xiàn)同類(lèi)故障，技術(shù)人員于16:25到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，重新進(jìn)行排查，此時(shí)在起升1變頻器的面板上檢測(cè)到了“IGBT過(guò)熱警告”，用測(cè)溫槍檢測(cè)變頻器，表面溫度達(dá)到72 ℃。立即進(jìn)行相關(guān)電路的斷電，拆解變頻器后發(fā)現(xiàn)變頻器散熱風(fēng)扇故障，通過(guò)進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)變頻器電源板中散熱風(fēng)扇的輸出繼電器出現(xiàn)了故障，對(duì)其進(jìn)行更換后問(wèn)題得到解決。

4 故障分析

4.1 故障發(fā)生原理

故障后，起升1變頻器未向PLC輸出故障信號(hào)，CMS系統(tǒng)、監(jiān)控顯示屏、PLC控制系統(tǒng)均顯示正常，門(mén)機(jī)司機(jī)仍正常作業(yè)，但實(shí)際上起升1變頻器已停止工作，起升1鋼絲繩卷筒及其驅(qū)動(dòng)鋼絲繩無(wú)法動(dòng)作。在正常起升時(shí)，雖然控制模式在抓斗模式（4根鋼絲繩同時(shí)起升），但由于起升1的故障，導(dǎo)致只有起升2鋼絲繩在動(dòng)作，起升2鋼絲繩只作為輔助牽引，故原起升動(dòng)作使鋼絲繩上升，但實(shí)際上卻使抓斗開(kāi)斗（原下降動(dòng)作實(shí)際上使抓斗閉斗）。

4.2 故障發(fā)生原因

（1）起升1支持變頻器電源板上的輸出繼電器故障，導(dǎo)致變頻器散熱風(fēng)扇無(wú)法啟動(dòng)，變頻器系統(tǒng)中所釋放的熱量不斷累加，變頻器IGBT過(guò)熱報(bào)警，起升1變頻器停止運(yùn)行，由于“IGBT過(guò)熱”屬于報(bào)警而不屬于故障，故門(mén)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)未收到此信號(hào)，控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，對(duì)查找故障根源帶來(lái)麻煩[5]。

（2）散熱風(fēng)扇運(yùn)行與否是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，對(duì)變頻器本身無(wú)反饋信號(hào)。

（3）IGBT過(guò)熱在隨著門(mén)機(jī)變頻器停止作業(yè)后，電氣柜及電氣室的散熱系統(tǒng)不斷工作，使變頻器快速降溫，降到臨界點(diǎn)即可以自復(fù)位，不保留此報(bào)警信號(hào)，散熱風(fēng)扇在變頻器內(nèi)部也無(wú)法觀察其運(yùn)行狀態(tài)，變頻器的降溫是外界原因還是設(shè)備自身未進(jìn)行區(qū)別，對(duì)故障查找?guī)?lái)阻礙。

5 改進(jìn)方案

（1）IGBT過(guò)熱警告應(yīng)納入變頻器故障信號(hào)，由于設(shè)備過(guò)熱在設(shè)備自然降溫后會(huì)進(jìn)行自復(fù)位，僅能在報(bào)警記錄里查找到，這對(duì)故障的查找及解決造成了阻礙，由于IGBT過(guò)熱故障導(dǎo)致了變頻器的實(shí)際停機(jī)，所以此故障必須設(shè)置為不可自復(fù)位，并且向門(mén)機(jī)PLC控制系統(tǒng)輸出停機(jī)信號(hào)。

（2）針對(duì)雙機(jī)吊鉤模式以及抓斗模式這兩種2組模式，尤其是散料及鐵合金抓斗，抓斗狀態(tài)門(mén)機(jī)的操作必須將起升1和起升2的變頻器運(yùn)行信號(hào)同時(shí)串入PLC程序，防止此類(lèi)情況的發(fā)生，預(yù)防貨物撒漏以及高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

（3）變頻器散熱風(fēng)扇的運(yùn)行信號(hào)應(yīng)對(duì)變頻器本身設(shè)置反饋點(diǎn)，由于變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行熱量很高，即使電氣室設(shè)置有空調(diào)，變頻器電氣柜設(shè)置有散熱風(fēng)扇，但仍不足以將變頻器的熱量散發(fā)，所以散熱風(fēng)扇的不正常運(yùn)行狀態(tài)，可導(dǎo)致該變頻器的故障停機(jī)。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著公司國(guó)際化散糧集散中心進(jìn)程的逐步推進(jìn)，散糧碼頭的裝卸業(yè)務(wù)取得跨越式發(fā)展。公司生產(chǎn)日益繁忙，設(shè)備利用率逐月提高，設(shè)備的日常保養(yǎng)和維修壓力不斷增加。而公司在門(mén)座起重機(jī)利用率高的情況下必須優(yōu)先解決安全隱患，而減少故障率、增加設(shè)備完好率又是提高生產(chǎn)效率的必要條件。變頻器的故障警示應(yīng)用到電氣設(shè)備預(yù)知性維修過(guò)程中具有重要的作用，能夠有效提高設(shè)備故障的檢測(cè)效率，避免出現(xiàn)重大設(shè)備安全事故，降低事故發(fā)生概率，能夠?yàn)楦劭谘b卸電氣設(shè)備發(fā)展提供依據(jù)及保證。