馬建成(邯寶煉鋼廠，河北 邯鄲 056015)

0 引言

邯寶煉鋼廠用于轉(zhuǎn)爐廢鋼加入的110 t天車，采用的是調(diào)壓調(diào)速器控制的雙起升機(jī)構(gòu)，由于煉鋼工藝的需求，經(jīng)常需要主、副起升機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作。在實(shí)際運(yùn)行中，由于兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)采用的都是調(diào)壓調(diào)速器，用正反轉(zhuǎn)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)上升下降，且動(dòng)作頻繁，每天動(dòng)作500次左右，造成觸點(diǎn)磨損較快，實(shí)際使用中經(jīng)常由于觸點(diǎn)接觸不良而出現(xiàn)各種故障。而且煉鋼廠環(huán)境溫度高、灰塵大，造成其控制板、繼電器板、觸發(fā)板故障時(shí)有發(fā)生，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)構(gòu)不動(dòng)、跳閘、溜鉤等現(xiàn)象。對(duì)于雙起升機(jī)構(gòu)雙調(diào)壓調(diào)速裝置來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象更多，在聯(lián)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)機(jī)構(gòu)因?yàn)楣收贤Ｖ惯\(yùn)行，而另一個(gè)機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)不同步現(xiàn)象。如果操作過程沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)壓調(diào)速機(jī)構(gòu)的不同步，每年出現(xiàn)多起險(xiǎn)肇事故，造成整斗廢鋼灑落地面，嚴(yán)重威脅人員和設(shè)備安全[1]。

1 使用過程中存在的問題

1.1 故障點(diǎn)多，排除困難

雙機(jī)構(gòu)雙調(diào)壓調(diào)速裝置由于調(diào)壓調(diào)速裝置本身的特點(diǎn)，接觸器觸頭磨損、轉(zhuǎn)子反饋線問題、觸發(fā)板故障、控制板故障、繼電器板故障、主令控制器觸點(diǎn)接觸不良，都會(huì)造成機(jī)構(gòu)突然不動(dòng)、溜鉤、主回路跳閘。由于故障點(diǎn)較多，出現(xiàn)故障后，判斷故障需要時(shí)間較長(zhǎng)，而且判斷故障不一定準(zhǔn)確，造成故障反復(fù)出現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

1.2 廢料斗傾翻，引發(fā)二次事故

雙機(jī)構(gòu)雙調(diào)壓調(diào)速裝置聯(lián)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一個(gè)機(jī)構(gòu)故障停止后另一個(gè)機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)行，會(huì)發(fā)生廢鋼斗傾翻，造成嚴(yán)重的操作事故[2]。

1.3 電氣梁溫度高

電氣梁溫度高不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成調(diào)速裝置過熱，系統(tǒng)不能工作。

2 改造方案

2.1 引入PLC監(jiān)控

將正、反轉(zhuǎn)接觸器、甩電阻接觸器、抱閘繼電器、接觸器等關(guān)鍵的6個(gè)部分，進(jìn)入PLC進(jìn)行監(jiān)控，如果接觸器動(dòng)作異常，PLC控制設(shè)備停止運(yùn)行，避免事故擴(kuò)大。對(duì)原有的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加新的PLC模板，并編寫控制方案和程序。根據(jù)改造的總體思路，將兩臺(tái)調(diào)速裝置的運(yùn)行狀態(tài)、正反轉(zhuǎn)接觸器、轉(zhuǎn)子接觸器、制動(dòng)器接觸器、制動(dòng)器繼電器輔助觸點(diǎn)、2臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路的過流輔助點(diǎn)接入PLC進(jìn)行監(jiān)控，為此加入了1個(gè)16位的DI(數(shù)字量輸入模板6ES 7 321-1BH02-0AA0),同時(shí)為了將故障報(bào)警輸出，增加兩個(gè)16位的DO(輸出模板6ES7 322-1HH01-0AA0)。

對(duì)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行過流、過熱狀態(tài)的監(jiān)控，并將監(jiān)控的結(jié)果反饋至PLC， PLC 根據(jù)過流繼電器的狀態(tài)來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)[3]。由于采用了定子調(diào)壓調(diào)速裝置，裝置給2臺(tái)電機(jī)供電，裝置的2臺(tái)電機(jī)采用了硬軸聯(lián)接的方式。而硬軸聯(lián)結(jié)在實(shí)際工程應(yīng)用中，即使每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)相同，由于制造誤差和參數(shù)漂移等原因，電樞電阻、磁鏈及其機(jī)械特性也難以完全一致，造成兩臺(tái)電機(jī)的載荷分配不均衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱甚至燒損。考慮通過調(diào)整串 聯(lián)在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻箱，來(lái)使電機(jī)負(fù)荷達(dá)到平衡。測(cè)量電機(jī)、電阻箱的阻值，計(jì)算出電阻箱的最佳數(shù)據(jù)，更換電阻箱時(shí)嚴(yán)格按照計(jì)算的阻值進(jìn)行。每次更換電機(jī)都需要進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)電阻器的阻值進(jìn)行調(diào)整。由于電機(jī)的參數(shù)已經(jīng)固定，無(wú)法進(jìn)行更改，只能通過調(diào)整電阻箱的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)功率的平均分配，達(dá)到較好的工作狀態(tài)。因?yàn)楦鶕?jù)計(jì)算得出，電阻箱的誤差不得超過15%，如果超出電機(jī)功率會(huì)有較大的偏差。對(duì)電阻箱實(shí)際數(shù)值進(jìn)行了測(cè)量，西側(cè)電機(jī)基本上都超過了15%，有5個(gè)數(shù)據(jù)甚至超過了20%，說(shuō)明西側(cè)電機(jī)的電阻箱的阻值配置存在問題，需要進(jìn)行調(diào)整。東側(cè)電機(jī)最高為8.85%、5.18%，其余全部小于3%，電阻箱配置正常。對(duì)西側(cè)的電阻箱進(jìn)行調(diào)整，更換了5組電阻箱。再進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，得出的數(shù)值都保持在了15%以下[4]。

2.2 設(shè)計(jì)雙調(diào)壓調(diào)速裝置同步檢測(cè)

根據(jù)調(diào)壓調(diào)速設(shè)備特點(diǎn)和起升機(jī)構(gòu)機(jī)械部分動(dòng)作情況，設(shè)計(jì)雙調(diào)壓調(diào)速裝置同步檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雙鉤轉(zhuǎn)動(dòng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，立即控制整個(gè)起升機(jī)構(gòu)停止。方法設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)考慮到了可靠性和易維護(hù)性以及改造成本。安裝于主鉤卷筒9和副鉤卷筒10處的主鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)3，副鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)4分別檢測(cè)主鉤卷筒9和副鉤卷筒10的轉(zhuǎn)動(dòng)，將實(shí)際測(cè)得的轉(zhuǎn)動(dòng)間隔時(shí)間和根據(jù)不同檔位轉(zhuǎn)速計(jì)算公式計(jì)算出的間隔時(shí)間進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)同步檢測(cè)。雖然天車起升電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快，轉(zhuǎn)速一般在700 r/min左右，但是經(jīng)過減速機(jī)的變比減速后，最后傳遞到卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只有20 r/min左右，從而可以采用接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步檢測(cè)。同時(shí)根據(jù)卷筒直徑和不同的檔位信號(hào)計(jì)算出的卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算出卷筒的線速度，再乘以一個(gè)平滑系數(shù)，得出理論檔位速度對(duì)應(yīng)的理論檔位速度時(shí)間，把計(jì)算出的各檔位理論時(shí)間作為主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器15，副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間和接近開關(guān)實(shí)際檢測(cè)的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)間隔時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，一旦發(fā)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)間隔時(shí)間大于延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間，說(shuō)明主鉤與副鉤不同步，立即發(fā)出不同步信號(hào)同時(shí)到到主鉤調(diào)速裝置7和副鉤調(diào)速裝置8，使主鉤調(diào)速裝置7和副鉤調(diào)速裝置8同時(shí)停止主鉤卷筒9、副鉤卷筒10的運(yùn)行，避免機(jī)構(gòu)不同步。為保證同步檢測(cè)的準(zhǔn)確性，既不誤動(dòng)作又保證檢測(cè)的有效性，一方面現(xiàn)場(chǎng)用秒表進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，另一方面進(jìn)行了理論計(jì)算，主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器、副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器的設(shè)定延時(shí)時(shí)間根據(jù)檔位轉(zhuǎn)速計(jì)算公式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)檔位時(shí)間，分別對(duì)主、副鉤各檔位進(jìn)行延時(shí)時(shí)間設(shè)定。檔位轉(zhuǎn)速計(jì)算公式(1)和檔位線速度計(jì)算公式(2)：

式中：Vxi為檔位線速度(m/s)；Vi為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)檔位速度(m/s)；Ne為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(rpm/min)；I為傳動(dòng)比；Vdi為檔位速度-百分比；β為平滑系數(shù)；π等于 3.14；D為卷筒直徑(m)[5]。

根據(jù)同步邏輯判斷控制器的電路原理圖，可知同步邏輯判斷控制器6包括主鉤同步檢測(cè)邏輯電路11、副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21、主副鉤不同步繼電器20。主鉤同步檢測(cè)邏輯電路11和副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21分別由主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器15、主鉤同步繼電器16、副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器、副鉤同步繼電器17組成，主鉤同步檢測(cè)邏輯電路11、副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21和主副鉤不同步繼電器20相并聯(lián)，主鉤同步繼電器常開觸點(diǎn)18、副鉤同步繼電器常開觸點(diǎn)19與主副鉤不同步繼電器20線圈相串聯(lián)。主鉤同步檢測(cè)邏輯電路11的主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器15與主鉤檔位繼電器常開觸點(diǎn)14串聯(lián)連接，主鉤檔位繼電器常開觸點(diǎn)14與主鉤同步檢測(cè)接近開關(guān)常閉觸點(diǎn)12串聯(lián)連接。當(dāng)主鉤檔位繼電器發(fā)出相應(yīng)檔位信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的主鉤檔位繼電器常開觸點(diǎn)14中的一個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)，如果主鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)3和主鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)擋鐵1位置不重合，主鉤同步檢測(cè)接近開關(guān)常閉觸點(diǎn)12導(dǎo)通。

同時(shí)，主鉤同步繼電器16與主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器15相并聯(lián)，主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器常閉延時(shí)斷開觸點(diǎn)13與主鉤同步繼電器16的線圈串聯(lián)連接。當(dāng)主鉤檔位繼電器發(fā)出相應(yīng)檔位信號(hào)時(shí)，如果主鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)3和主鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)擋鐵1位置不重合時(shí)間沒有超過相應(yīng)的主鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，主鉤同步繼電器16線圈保持得電動(dòng)作。主鉤同步檢測(cè)邏輯電路11與副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21結(jié)構(gòu)相同，對(duì)副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21的各個(gè)部件不再一一標(biāo)注。

實(shí)際使用中，由于副鉤同步檢測(cè)邏輯電路21的副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器與副鉤檔位繼電器的常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接，副鉤檔位繼電器常開觸點(diǎn)與副鉤同步檢測(cè)接近開關(guān)常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接。當(dāng)副鉤檔位繼電器發(fā)出相應(yīng)檔位信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的副鉤檔位繼電器常開觸點(diǎn)中的一個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)，如果副鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)4和副鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)擋鐵2位置不重合，副鉤同步檢測(cè)接近開關(guān)常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通。同時(shí)，由于副鉤同步繼電器與副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器相并聯(lián)，副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器常閉延時(shí)斷開觸點(diǎn)與副鉤同步繼電器的線圈串聯(lián)連接。當(dāng)副鉤檔位繼電器發(fā)出相應(yīng)檔位信號(hào)時(shí)，如果副鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)接近開關(guān)4和副鉤卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)擋鐵2位置不重合時(shí)間沒有超過相應(yīng)的副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，副鉤同步繼電器17線圈保持得電動(dòng)作。同步邏輯判斷控制器的主副鉤不同步繼電器(20)輸出兩個(gè)常開觸點(diǎn)分別到主鉤調(diào)速裝置(7)、副鉤調(diào)速裝置(8)的控制回路電源公共線上，一旦監(jiān)測(cè)到主副鉤任一個(gè)不同步，主副鉤不同步繼電器(20)輸出的常開觸點(diǎn)斷開，同時(shí)切斷主鉤調(diào)速裝置(7)、副鉤調(diào)速裝置(8)的控制回路電源公共線供電，從而控制主副鉤停止動(dòng)作[6]。

2.3 電氣梁安裝溫度檢測(cè)裝置

煉鋼廠環(huán)境溫度極高，夏天環(huán)境溫度達(dá)到60多，為此要求電氣梁的空調(diào)冷卻系統(tǒng)必須運(yùn)轉(zhuǎn)良好，多次因?yàn)榭照{(diào)原因造成調(diào)壓調(diào)速器熱保護(hù)停機(jī)影響生產(chǎn)甚至造成停澆。針對(duì)此情況，在電氣梁安裝溫度檢測(cè)裝置，并將此溫度信號(hào)傳到司機(jī)室，進(jìn)行溫度顯示。當(dāng)空調(diào)溫度高于40 ℃時(shí)即為故障情況，所以首先設(shè)定溫度控制器報(bào)警溫度為40 ℃，當(dāng)溫度值上升到大于40 ℃，將發(fā)出一個(gè)溫度報(bào)警開關(guān)量信號(hào)給得電延時(shí)繼電器a，如果溫度報(bào)警信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過2 min時(shí)，得電延時(shí)繼電器a將發(fā)出信號(hào)給得電延時(shí)繼電器b，通過得電延時(shí)繼電器b控制聲光報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警提醒職工進(jìn)行檢查維修，警報(bào)持續(xù)一分鐘后，得電延時(shí)繼電器b控制聲光報(bào)警器停止動(dòng)作。

3 改造后的效果

3.1 設(shè)備故障時(shí)間縮短

改進(jìn)完成后減少了設(shè)備故障的判斷時(shí)間，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求降低，許多故障消除在了萌芽狀態(tài)，影響時(shí)間降低80%，實(shí)現(xiàn)了全年影響時(shí)間由2 000 min降低到300 min以內(nèi)的效果。

3.2 避免了雙機(jī)構(gòu)不同步造成造成的操作事故

雙機(jī)構(gòu)同步檢測(cè)的實(shí)施，避免了雙機(jī)構(gòu)不同步造成造成的操作事故，設(shè)備安全和操作安全得到了保證。因?yàn)椴煌皆斐傻膹U鋼斗傾翻事故得到了杜絕，避免廢鋼灑落造成的人身傷害和設(shè)備損壞事故，安全效益顯著。而且轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)間可以根據(jù)具體應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)情況根據(jù)算法公式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，只需要根據(jù)本方法提供的公式計(jì)算出各檔位的理論檔位時(shí)間，然后將其設(shè)定為主、副鉤檔位轉(zhuǎn)速檢測(cè)延時(shí)繼電器的設(shè)定延時(shí)時(shí)間。這時(shí)只需采集檔位信號(hào)和接近開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)開關(guān)量信號(hào)到同步邏輯判斷控制器，就可以滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)需要。本發(fā)明投入少，工作可靠，推廣性強(qiáng)，一旦投用基本上屬于免維護(hù)，可以推廣到國(guó)內(nèi)雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有同步要求的大型天車上，無(wú)論是現(xiàn)有的天車改造還是新上天車增加設(shè)計(jì)，都可以方便實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益非常可觀。按避免一次廢鋼灑落可以多加廢鋼90噸，噸效益1 000元，一年避免4次灑落計(jì)算，年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：90×100 0×4=36萬(wàn)元。此外，避免灑落產(chǎn)生的安全效益不可估量[7]。

3.3 電氣梁溫度可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

煉鋼廠廠房環(huán)境溫度高，同時(shí)變頻和調(diào)壓調(diào)速設(shè)備，發(fā)熱量大，對(duì)溫度敏感，預(yù)警裝置的投用，可以靈活設(shè)置報(bào)警溫度，從而能夠及時(shí)提醒天車工電氣梁溫度升高，空調(diào)出現(xiàn)問題，第一時(shí)間通知到空調(diào)維修人員上車處理，避免了電氣梁溫度高造成設(shè)備停機(jī)影響生產(chǎn)[8]。

3.4 杜絕了廢鋼斗傾翻事故

改造前，每年發(fā)生廢鋼斗傾翻事故4次以上，事故停澆3次以上，在改造優(yōu)化完成后，廢鋼斗傾翻事故得到了杜絕，事故停澆次數(shù)為零，改造完成后的效果還是相當(dāng)顯著的，有力地保證了安全生產(chǎn)工作[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

改造完成后到現(xiàn)在，使用效果良好，達(dá)到了改造的預(yù)期效果，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，杜絕了險(xiǎn)肇事故的發(fā)生，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好。