干熄焦提升机电气故障问题的优化
时间：2023-01-22 10:25:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
钱金龙
中国化学工程第九建设有限公司 辽宁盘锦 124000
由于国内干熄焦工程大部分都采取本体系统和提升机系统独立的模式，本体系统对提升机的信息只能依靠提升机提供，提供的方式一般都采用开关量连接。要实现自动化运行，本体系统就必须得到提升机准确的信号，从而发出正确的指令，否则无法实现自动运行。本体系统根据提升机所提供的信息，一般将整个运行过程分为7 个动作段，每个动作段表示提升机当前的运行过程。系统每发一个指令提升机必须执行一步动作，同时提升机将当前的动作状态和位置状态信息反馈给本体系统，本体系统根据用这些信息判断是否该发下步指令。7 段指令依次为待机位下降至吊钩打开、吊钩打开处往启动、提升塔处往运行、冷却塔下降、冷却塔提升、冷却塔处复运行、提升塔下降至待机位。而提升机对方向的判断和速度的变化只能依靠其自身的系统程序来执行，提升机对本体系统只提供运行状态和运行位置的信息，在调试过程中不仅要反复调试，每个运行段的过程也必须反复调试，以达到无错误指令、无错误动作的效果。
1.1 动力系统
焦化厂10kV 中压经过中压开关柜，变压器将供电转换为400V，经过电源进线柜分一路给LCM 的主断路器连接到ALM，转换为可调直流电输出到直流母线。逆变器取电源到直流母排上，利用PWM 生成三相频率可调的供电电源，经出线电抗器通过电缆给机上供电。同时，电源进线柜分出另一路400V 交流电作为辅助电源，进入低压柜和机械房内杂动力配电柜。由PLC 控制柜、低压配电柜、杂动力柜分别为应急电机、主电机风机、制动器、润滑油泵、维修吊等设备提供380V 交流电源，为进线柜、配电柜、驱动柜、PLC 控制柜、司机室提供220V 交流辅助电源，由本体UPS 提供控制电源。
干熄焦提升机提升和走行系统通常由两台交流电动机提供动力，电动机采用变频控制，由交流380V、50Hz 电源供电。当一台电动机或整流回馈装置发生故障时，另一台仍能维持提升机以1/ 2 的速度继续运行。逆变器采用全数字式参数设定，可自动识别电机参数实现自适应矢量控制。
1.2 自动控制系统
提升机采用PLC 集中控制，由于电气控制设备放置于地面，这对提升机上一些信息的采集和开关的控制带来了不便。为解决此问题，在提升机上设置了PLC 远端控制模块，通过总线与地面PLC 和CPU 进行信号传输，从而实现了对提升机所有控制信号的集中采集。这种设计解决了提升机各类信号采集的不便，同时减少了现场电缆的连接和使用量，提高了电气系统控制的可靠性。
1.3 辅助线路和安全保护装置
提升机机械室和操作室等各部分照明、通风机等均由辅助线路提供电源。提升机安全保护装置包括提升超载保护、电机超速保护、提升重锤和旋转限位、提升减速监测保护开关、走行定位开关等。各保护装置均由传感器、控制器提供开关和保护信号。例如当起重量达到额定的110%时，传感器就会将信号传递至控制器，发出超载报警并启动超载保护禁止提升。
2.1 提升机待机位不停车
故障案例：山西立恒钢铁集团有限公司干熄焦工程190t/ h 干熄焦提升机待机位未停车，引起提升机在待机位以下停车（提升机电机内的编码器原因引起停车）。通过检查程序，看到提升机在经过待机位时，待机位的U 型接近开关未发出信号。为进一步确认，在待机位的上下位置又走行了几次，确认待机位信号未到，从而做出判断。
故障原因：U 型接近开关所带的继电器坏；
U 型接近开关损坏；
信号线传输中断。仔细检查后，前两个原因被排除。经仔细检查U 型接近开关与继电器之间的信号线，发现该信号线有两个接头，分别拆开两个接头检查，发现其中一个接头接触不良导致U 型接近开关发出的信号中断，引起提升机待机位不停车。
整改措施：因为信号电缆太长无法重新敷设，需要经常检查接头，并处理好，使接头的位置尽量远离振动点。
2.2 提升机走行故障
故障案例：广西盛隆二期干熄焦工程150t/ h 干熄焦提升机机上提升时停车，经检查变频器发现有故障显示。由于是红罐，为了避免长时间烧焦罐，操作人员切换到了应急状态，将红焦装入。此时根据故障编码查出故障原因是变频器与PLC 之间通讯失败，使主干不能投入，通讯失败的原因是PLC 瞬间死机（原因为24V 电源短路）。将故障复位后，用空罐试车，提升正常，但走行时发现异常：走行2s 左右立即停车，同时主控室报警显示：走行制动器超时。
故障原因：根据故障报警提示，现场调试人员观察发现，在试车时制动器工作正常，都能全部打开，但走行2s左右后又立即停车。根据变频器控制要求，制动器打开后必须有确认信号反馈给PLC，变频器才能继续工作，否则就会停车报故障。要求操作人员再次试车，并注意观察反馈接近开关的动作情况，发现东侧制动器反馈开关动作正常，但是西侧开关没有动作。停机后对其进行了调整，调整后试车正常。
整改措施：一是发生故障后，主控室操作人员应立即在微机上检查故障原因并及时告知操作人员；
二是加强电气人员对各个设备工作原理的掌握，发生故障时根据原理及主控室通报的故障原因做出初步判断，并立即到现场检查相关设备；
三是对安装不够精准、配合间隙大的设备应及时进行调整或改造。
2.3 提升机横向移动定位不准确
故障案例：山东荣信煤化工2# 干熄焦工程190t/ h干熄焦提升机将焦罐提升至干熄炉顶后，在平移装置电机驱动下未移动至干熄炉装料口上方停车。
故障原因：该平移过程是靠编码器定位，提升机位置计数系统原来用的是增量型编码器，干扰较大，系统不够稳定，长期使用后，由于存在积累误差，不能正常显示料车位置。
整改措施：一是将其更换为精确度高、稳定性好的绝对值编码器，并采用与之相匹配的通讯模块，保证了提升机计数的稳定性；
二是增设精确度更高的激光测距仪，并与PLC 控制系统相连，通过测距仪测量数值反馈来控制提升机及时停止，准确对位。
图1 为提升机走行示意图。
图1 提升机走行示意图
目前从相继上马的干熄焦工程来看，虽然提升机的调试已经比较成熟且越发完善，但从使用情况看，或多或少存在一定的问题。这些问题大部分是由于对提升机初始设计的缺陷和后期调试不充分所造成的。通过连续几个项目的实践应用，认为提升机在设计和调试过程中需要注意解决以下问题，才能运行更加平稳、更安全可靠。
3.1 设计上要有所改进
（1）保持检测元件供电的独立性：一般来说，对于提升机的设计有其科学性合理性，但在实际使用过程中往往会出现一些问题。如，提升机上的检测元件一般共用直流电源（俗称弱电），检测元件之间并不相互隔离，如果其中某一个元件发生接地或者短路，将会使整个直流供电单元瘫痪，或者造成一些模块故障。而且此类故障隐蔽性强，故障发生时很难快速判断出现问题的元件。因此，建议在设计上考虑将现场所有检测元件供电分开，保持每个检测元件供电的独立性，这样即使发生故障也不会造成系统的瘫痪
（2）选择合适的控制系统：在国内市场上活跃着多种来自国外的PLC 控制系统，其功能及可靠性得到大家的认可，但是并非都适合应用于提升机的控制。如国外某品牌的PLC 控制器，虽然具有很庞大的功能，以及速度很快的处理能力，但是对抑制干扰能力远没有其他产品优。而且其通讯和数据不能同一协议，通讯网络必须保证远离干扰源2m 以上，这样的安装要求在提升机上是很难实现的，更不利于提升机长期的高效运行。
（3）选择性能指标高的电力传输电缆：由于提升机本地与远程站之间采用的是总线控制的方式，现场的数据都是通过数据总线传输到主站的。而总线电缆抗干扰能力较差，尤其在大功率感性负载中，很容易受到电流、高频无线电波等元素的干扰而使数字丢失，造成因控制器无法运算而使得运行设备出现故障。其次，由于提升机的动力传输电缆要经过移动电缆小车，所以要求动力电缆要保证具有良好的柔韧性。为防止动力电缆对总线的干扰，和适应温差的变化，动力电缆最好采用耐高温柔性频蔽电缆。
3.2 提升机的调试至关重要
提升机调试是干熄焦工程中十分重要的过程，提升机调试是否充分，不仅决定其生产能力，而且关系到干熄焦的安全稳定运行。对于一个特殊的特种起重设备，要实现全过程自动化操作，保持高效运行，提升机的调试具有重要意义。
（1）首先要确立提升机的运行速度曲线：速度曲线是用来计算提升机运行周期所用时间的，也是满足工艺生产的重要保证。为了保证提升机的运行周期能够满足生产要求，速度曲线不仅要力求平滑，而且在满足时间要求的前提下，要尽可能使提升机运行慢一些，以防止提升机失控，待机位以下严禁提升机高速运行。
（2）速度给定：对于提升机提升和运行速度的给定，要有合理的分配，因为在整个速度段可以保持高速的有效距离不是很长。首先要保证提升机的安全运行，不论是提升还是往复运行其速度都应控制在额定转速的85%以下。提升高速一般在45hz，运行高速一般在40hz 以下。并保证逆变装置有足够的升减速时间，使得提升机在速度发生变化时，保持平滑稳定。
（3）检测元件的安装：关键位置的检测元件安装要合理可靠。吊钩打开处的检测元件既是启动的初始位，又可以用来调节吊钩的开度。提升塔上限检测元件的安装应保证与上极限有一定的有效安全距离；
提升塔和冷却塔处的对中信号必须保证在设计误差范围内；
冷却塔下限位则应保证焦罐底门打开45°夹角即可，过低会使得吊钩脱钩，过高焦罐底门则不能完全打开。
（4）保护元件的调试：提升机上安置了多种安全保护元件，如重锤限位、负荷限制器、钢丝绳伸长检测、风速仪和锚定开关等，这些保护元件对提升机的安全运行起到非常重要的作用。其中负荷限制器不仅检测焦罐的超载、偏载，而且可以及时发出松绳报警。但必须要注意的是：在焦罐进行标定时，对标定值一定要准确，否则负荷限制器无法起到保护作用。对于钢丝绳伸长的检测，一般使用旋转限位，如果不能选择速比精度高的旋转限位，其可靠性就难以保证。速比越小精度越高，国内提升机旋转限位的速比一般在1∶25 以下。重锤限位是提升机在提升过程中的最后一级保护，其意义和作用十分重大。在调试重锤限位时不能只靠模拟试验，必须要真实实验，达到断电的效果。这些保护元件在编程时必须写入电源条件里，或者是作为脉冲封锁条件来严格执行，且必须经过反复实验。
（5）提升机联动调试：提升机的联动调试是自动化过程实现无人操作的关键，联动调试的优劣决定干熄焦的生产能力，因此提升机的联动调试是极其重要的。
干熄焦提升机电气系统及其控制系统是实现原煤焦化生产稳定运行的关键。干熄焦电气复杂系数高、运行环境较差，电气系统各种问题也较为常见。通过对干熄焦提升机电气系统的优化改造，可以有效减少设备的电气故障，促进提升机电气系统的稳定运行，从而为促进焦化企业的节能环保、治污减排和回收能源的充分利用提供了保障。
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