周亮亮

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

起重机作为一种物料搬运设备，其高效、可靠、安全的运行要求是起重机最重要的指标要求。为确保起重机安全、可靠的运行，应尽量采用控制性能好的电气控制系统。随着电力电子技术的发展和应用、微型计算机控制技术及大规模集成电路的发展和应用，变频调速控制系统成为了目前交流传动的主流调速控制系统。带有能量回馈功能的多传动变频调速装置可以将电动机在再生发电状态下产生的能量反馈到电网，使其在节能方面具有一定的优势。干熄焦提升机的作用是将焦炭罐内炽热的焦炭搬运到干熄炉，安全、可靠是对干熄焦提升机最基本的要求，此外，提升机在下放重物的过程中，电动机处于再生制动状态，经反馈后会产生大量的电能。而将新一代的SINAMICSS120多传动变频调速系统应用于干熄焦提升机，可以满足提升机安全、可靠的运行要求，并且可将制动产生的电能反馈回电网，做到节能、环保，是一种十分理想的电气传动方案。

1 变频调速原理

异步电动机转速表达式为：

式中：n为转速；f为异步电动机的供电电源频率；s为电动机准差率；p为电动机极对数。

由表达式可知，当转差率变化不大时，转速n与电源频率f成正比，因此，连续改变供电电源的频率，可以连续平滑地调节电动机的转速。变频调速具有较好的调速效果，是现代交流调速方法中具有重要意义的一种调速方法。

2 SINAMICSS120交流变频调速系统

2.1 SNIANMICSS120变频调速装置

SINAMICSS120是一种高性能、高精度的变频调速装置。硬件上具有模块化的结构设计，安装、维护简单易行，还具有强大的软件功能，使其适用于各种复杂的应用场合。因此，该装置能实现伺服控制、转矩控制，速度控制及位置控制等多种控制方式，同时还能满足运动控制的要求。

SINAMICSS120变频调速装置具有AC/AC单机变频和DC/AC多机传动两种形式。单机变频器的整流部分和逆变部分是一体的，它适用于小功率单机的驱动控制。对于多机传动装置，整流部分可分为基本整流装置（BLM）、回馈整流装置（SLM）、有源整流装置（ALM）。基本整流装置仅用于整流运行，不能将能量回馈给电网；回馈整流装置既可以进行整流供电，也能将能量回馈给电网；有源整流装置同样既可以进行整流供电，也可以回馈电能，但与回馈整流装置相比，有源整流装置在电源侧产生的实际电流效果接近正弦波，能抑制有害谐波。

2.2 SNIANMICSS120控制单元

SINAMICSS120的控制单元有CU310和CU320两款，二者为变频器提供了通讯和开环/闭环控制功能。其中CU310为单轴控制单元，仅能控制1台变频器，而CU320可以同时控制多台变频器。控制单元具有DRIVE-CLIQ插口，用于与其他带DRIVE-CLIQ插口的设备之间进行通讯，且具有PROFIBUS（或PROFINET）接口以及各种数字量和模拟量输入、输出接口，以方便用户应用。此外，控制单元上还有一个RJ45接口，可方便用户连接至PC端进行变频器的设定和调试等。

3 SNIANMICSS120变频调速在干熄焦提升机上的应用

干熄焦提升机（以下简称提升机）是焦化厂干熄焦系统中搬运焦炭的关键设备。干熄焦系统以惰性冷气体——氮气为载体，在密闭的干熄炉内完成冷却焦炭过程，基本消除了湿熄焦排放的有害物质和湿蒸汽。循环的惰性热气体热量经回收产生蒸汽并用于发电。提升机整体设备结构如图1所示。

图1 提升机整体设备结构

3.1 工艺性能要求

提升机的主要工作就是不断地将装满炽热焦炭的焦罐从地面罐车提升至提升塔架最高处，再平移到干熄炉，将焦炭倒入干熄炉内，然后平移推出，最终将空焦罐放回至地面罐车上。

提升机处于露天环境中，工作环境恶劣，长期满负荷自动运行，全年工作，基本无休。由于提升机处在整个焦炭生产链中，设备一旦出现故障，将影响正常生产，所以必须保证提升机运行的高效性、可靠性。此外，还要求提升机能够将空焦罐下放过程中产生的能量回馈回电网，从而做到绿色节能。

本文以某焦化厂79 t提升机为例进行介绍。

提升机基本设计参数：提升质量79 t，提升高度35 m，提升速度2～20 m/min，走行速度4～40 m/min。

3.2 提升机控制系统结构

提升机采用的起重设备的典型控制结构为PLC+传动控制，利用现场总线来实现PLC与变频器通讯，避免了外部的大量控制线，使整个控制系统更加简单。其控制系统结构如图2所示。

图2 提升机电气控制系统

3.3 79 t提升机的系统构成

79 t提升机电气部分主要由配电机构、起升机构、走行机构传动系统以及起重机操作控制系统等部分组成。

3.3.1 配电机构

配电机构由2套355 kW的SLM整流回馈单元组成，其中1号整流回馈单元为1号提升逆变器和1号走行逆变器供电，2号整流回馈单元为2号提升逆变器和2号走行逆变器供电。并且当其中一套出现故障的时候，可以迅速将其从系统中隔离出来进行检修，另外一套整流回馈单元驱动对应的提升和走向逆变器正常工作。

在变频调速系统的控制方面，采用的是CU320控制单元，它可以同时控制多台装置。本提升机共设置2套CU320控制单元，1号CU320控制1号整流回馈单元、1号提升逆变器和1号走行逆变器，2号CU320控制2号整流回馈单元、2号提升逆变器和2号走行逆变器。CU320与PLC之间采用PROFIBUS总线通讯。

3.3.2 起升机构

主起升机构由2台200 kW的三相交流异步电机驱动，2台电机各自采用1台315 kW的逆变器控制，采用带速度反馈的闭环矢量控制方式。速度为三档，分别为2 m/min、10 m/min和20 m/min。系统按照PLC内预先设定好的程序，通过PROFIBUS总线通讯，将速度指令发送给逆变器，由驱动电动机输出相应的速度。逆变器按预先设定的参数控制电动机起动、停止，并保障各档速度过渡平稳、无冲击，属于档位无级调速方式。

3.3.3 行走机构

行走机构由2台37kW的三相交流异步电机驱动，2台电机各自采用1台71 kW的逆变器控制，采用带速度反馈的闭环矢量控制方式。速度为两档，分别为4 m/min、40 m/min，控制方式与起升机构完全相同。

3.3.4 操作控制

提升机的操作控制方式通常为无人操作全自动控制，PLC系统通过位置信息自动判断并输出运行指令来控制起重机运行。此外，提升机还可以切换为司机室内手动控制，通过操作控制台来控制提升机工作。

4 SNIANMICSS120装置常见故障及处理方法

采用SNIANMICSS120变频调速系统的提升机自2012年投产至今，起重机在生产运行中出现了一些问题，经过技术人员和维护人员的不懈努力，总结出大量处理故障的经验，把故障影响降低到最低点，保证了起重机安全、高效运转。以下是几起常见故障的原因和处理思路。

4.1 F31118：转速差值超出容差

当SINAMICSS120装置检测到编码器反馈的实际速度与装置的给定速度偏差超出了参数P0492中所设定的值时，就会报转速差值超出容差故障。引起该故障可能的原因有：编码器损坏、编码器连接电缆接线中断、编码器屏蔽效果不好、信号受到干扰。

当出现此故障时，分析问题的思路容易局限在设备元件及接线上，误认为是编码器通讯模块（SMC30）或编码器有问题，或者认为是接线相序错误，实际应根据具体情况分析排查，准确判定故障原因。

在设备调试期间如果出现此故障，应首先检查接线是否正确，并且可以用示波器（或万用表）测量编码器脉冲信号是否正常，其次应重点检查编码器信号是否受到了干扰。编码器电缆必须选用屏蔽电缆且做好双端接地（若变频器与被驱动电动机之间没有接地连接，则应单端接地），编码器电缆与动力电缆应分开附设，间距不应小于200 mm。在设备稳定运行一段时间后，由于信号干扰出现此故障的可能性相对较小，如果出现此故障，应首先检查电缆接线是否中断，编码器是否损坏。例如，某钢厂提升机运行3年多后，1号提升逆变器报故障F31118，更换编码器电缆后仍然不能排除故障，随后用万用表检查编码器脉冲信号，发现A、B通道无信号输出，判定编码器损坏，更换新编码器后故障排除。

此外，采用光纤传输的方式可以有效避免信号干扰，提高反馈信号的可靠性和稳定性。

4.2 F07902：电机停转

当检测到电机停转的时间超过参数P2178的设定值时，变频调速装置就会报电机停转故障。引起该故障可能的原因有：负载过大，电流极限设置过低；转速反馈信号丢失（编码器断线等）。

当出现此故障时，首先应检查制动器是否能够正常打开，若制动器不能正常打开，电动机堵转，则会报故障。此外，还应检查编码器接线的极性是否正确。例如，2016年唐山某焦化厂2号干熄焦提升机在更换电动机之后进行试运转时，逆变器报故障F07902，更改电动机测速编码器接线的极性后，故障排除。

4.3 超速（溜钩或溜车）故障

起升机构或者行走机构在减速停车过程中，不能按照参数中设定的减速时间进行制动停车，就会出现溜钩或溜车，甚至有可能发生超速故障。引起该故障的可能原因是：制动器闸皮调整过松或闸皮磨损，制动力矩不足；激活了逆变器的Vdc控制器。

当出现此故障时，同样应先检查制动器制动力矩是否正常，调整制动器制动力矩，如果闸皮磨损严重，则需要更换制动器闸皮。

对于第二种情况，由于激活了Vdc控制器，当在减速过程中能量回馈的时候，直流母线电压会升高，当电压升高到r1282中的阀值（r1282=1.15*1.414*P0210）时，Vdc控制器会主动通过延长减速制动时间来降低能量回馈，从而抑制直流母线电压的升高。因此，遇到这种情况应关闭Vdc控制器，并将参数P1240设为0，P1280设为0。

4.4 F0600：供电预充电故障

该故障是指在电源接触器接通之后，在规定的时间内，主回路没有接通，整流单元启动失败。引起该故障的可能原因是：进线电源电压低或者没有电源电压；由于直流母线电容过大或母线接地等原因，导致预充电电阻过热；装置内部线路有断线，导致主回路无法接通；进线电源电压（P0210）、预充电监控时间（P0857）等参数设置错误。

出现此故障时，首先应检查进线电源电压是否正常，如果进线电源电压正常，应重点检查装置内部的线路是否有虚接或者短接，导致主回路合闸信号无法接通，如果故障仍未解决，则重点考虑预充电板、预充电电阻等元件是否有损坏。

5 结语

将新一代的SINAMICSS120系列变频调速装置应用在干熄焦提升机上后，实现了提升机安全、可靠的运行要求，并使电气传动系统更加节能、环保。此外，重点对应用过程中常见的几类故障进行了原因分析，并给出了详尽的故障处理方案，为同行企业对该装置的使用提供了很好的借鉴。