马建成(邯宝炼钢厂，河北 邯郸 056015)

0 引言

邯宝炼钢厂用于转炉废钢加入的110 t天车，采用的是调压调速器控制的双起升机构，由于炼钢工艺的需求，经常需要主、副起升机构同步动作。在实际运行中，由于两个起升机构采用的都是调压调速器，用正反转接触器来实现上升下降，且动作频繁，每天动作500次左右，造成触点磨损较快，实际使用中经常由于触点接触不良而出现各种故障。而且炼钢厂环境温度高、灰尘大，造成其控制板、继电器板、触发板故障时有发生，经常出现机构不动、跳闸、溜钩等现象。对于双起升机构双调压调速装置来说，这种现象更多，在联动状态时，会出现一个机构因为故障停止运行，而另一个机构继续运行，出现不同步现象。如果操作过程没有及时发现，将会造成严重的安全事故。实际生产中，因为两个调压调速机构的不同步，每年出现多起险肇事故，造成整斗废钢洒落地面，严重威胁人员和设备安全[1]。

1 使用过程中存在的问题

1.1 故障点多，排除困难

双机构双调压调速装置由于调压调速装置本身的特点，接触器触头磨损、转子反馈线问题、触发板故障、控制板故障、继电器板故障、主令控制器触点接触不良，都会造成机构突然不动、溜钩、主回路跳闸。由于故障点较多，出现故障后，判断故障需要时间较长，而且判断故障不一定准确，造成故障反复出现，对生产影响较大。

1.2 废料斗倾翻，引发二次事故

双机构双调压调速装置联动时出现一个机构故障停止后另一个机构继续运行，会发生废钢斗倾翻，造成严重的操作事故[2]。

1.3 电气梁温度高

电气梁温度高不能及时发现，造成调速装置过热，系统不能工作。

2 改造方案

2.1 引入PLC监控

将正、反转接触器、甩电阻接触器、抱闸继电器、接触器等关键的6个部分，进入PLC进行监控，如果接触器动作异常，PLC控制设备停止运行，避免事故扩大。对原有的控制系统进行改造，增加新的PLC模板，并编写控制方案和程序。根据改造的总体思路，将两台调速装置的运行状态、正反转接触器、转子接触器、制动器接触器、制动器继电器辅助触点、2台电机的转子回路的过流辅助点接入PLC进行监控，为此加入了1个16位的DI(数字量输入模板6ES 7 321-1BH02-0AA0),同时为了将故障报警输出，增加两个16位的DO(输出模板6ES7 322-1HH01-0AA0)。

对转子回路进行过流、过热状态的监控，并将监控的结果反馈至PLC， PLC 根据过流继电器的状态来控制电机的运行状态[3]。由于采用了定子调压调速装置，装置给2台电机供电，装置的2台电机采用了硬轴联接的方式。而硬轴联结在实际工程应用中，即使每台电动机的型号相同，由于制造误差和参数漂移等原因，电枢电阻、磁链及其机械特性也难以完全一致，造成两台电机的载荷分配不均衡，严重时会导致电机过热甚至烧损。考虑通过调整串 联在电机转子上的电阻箱，来使电机负荷达到平衡。测量电机、电阻箱的阻值，计算出电阻箱的最佳数据，更换电阻箱时严格按照计算的阻值进行。每次更换电机都需要进行测试，并对电阻器的阻值进行调整。由于电机的参数已经固定，无法进行更改，只能通过调整电阻箱的参数来实现电机功率的平均分配，达到较好的工作状态。因为根据计算得出，电阻箱的误差不得超过15%，如果超出电机功率会有较大的偏差。对电阻箱实际数值进行了测量，西侧电机基本上都超过了15%，有5个数据甚至超过了20%，说明西侧电机的电阻箱的阻值配置存在问题，需要进行调整。东侧电机最高为8.85%、5.18%，其余全部小于3%，电阻箱配置正常。对西侧的电阻箱进行调整，更换了5组电阻箱。再进行数据测量，得出的数值都保持在了15%以下[4]。

2.2 设计双调压调速装置同步检测

根据调压调速设备特点和起升机构机械部分动作情况，设计双调压调速装置同步检测，实现实时监测双钩转动情况，一旦发现转动不同步，立即控制整个起升机构停止。方法设计时，同时考虑到了可靠性和易维护性以及改造成本。安装于主钩卷筒9和副钩卷筒10处的主钩卷筒转动检测接近开关3，副钩卷筒转动检测接近开关4分别检测主钩卷筒9和副钩卷筒10的转动，将实际测得的转动间隔时间和根据不同档位转速计算公式计算出的间隔时间进行比较来实现同步检测。虽然天车起升电动机转动速度较快，转速一般在700 r/min左右，但是经过减速机的变比减速后，最后传递到卷筒的转动速度只有20 r/min左右，从而可以采用接近开关实现转速同步检测。同时根据卷筒直径和不同的档位信号计算出的卷筒转速计算出卷筒的线速度，再乘以一个平滑系数，得出理论档位速度对应的理论档位速度时间，把计算出的各档位理论时间作为主钩档位转速检测延时继电器15，副钩档位转速检测延时继电器的延时时间和接近开关实际检测的卷筒转动信号间隔时间进行实时比较，一旦发现卷筒转动间隔时间大于延时继电器的延时时间，说明主钩与副钩不同步，立即发出不同步信号同时到到主钩调速装置7和副钩调速装置8，使主钩调速装置7和副钩调速装置8同时停止主钩卷筒9、副钩卷筒10的运行，避免机构不同步。为保证同步检测的准确性，既不误动作又保证检测的有效性，一方面现场用秒表进行实地测量，另一方面进行了理论计算，主钩档位转速检测延时继电器、副钩档位转速检测延时继电器的设定延时时间根据档位转速计算公式计算出标准档位时间，分别对主、副钩各档位进行延时时间设定。档位转速计算公式(1)和档位线速度计算公式(2)：

式中：Vxi为档位线速度(m/s)；Vi为计算标准档位速度(m/s)；Ne为电机额定转速(rpm/min)；I为传动比；Vdi为档位速度-百分比；β为平滑系数；π等于 3.14；D为卷筒直径(m)[5]。

根据同步逻辑判断控制器的电路原理图，可知同步逻辑判断控制器6包括主钩同步检测逻辑电路11、副钩同步检测逻辑电路21、主副钩不同步继电器20。主钩同步检测逻辑电路11和副钩同步检测逻辑电路21分别由主钩档位转速检测延时继电器15、主钩同步继电器16、副钩档位转速检测延时继电器、副钩同步继电器17组成，主钩同步检测逻辑电路11、副钩同步检测逻辑电路21和主副钩不同步继电器20相并联，主钩同步继电器常开触点18、副钩同步继电器常开触点19与主副钩不同步继电器20线圈相串联。主钩同步检测逻辑电路11的主钩档位转速检测延时继电器15与主钩档位继电器常开触点14串联连接，主钩档位继电器常开触点14与主钩同步检测接近开关常闭触点12串联连接。当主钩档位继电器发出相应档位信号时，相应的主钩档位继电器常开触点14中的一个常开触点闭合，此时，如果主钩卷筒转动检测接近开关3和主钩卷筒转动检测挡铁1位置不重合，主钩同步检测接近开关常闭触点12导通。

同时，主钩同步继电器16与主钩档位转速检测延时继电器15相并联，主钩档位转速检测延时继电器常闭延时断开触点13与主钩同步继电器16的线圈串联连接。当主钩档位继电器发出相应档位信号时，如果主钩卷筒转动检测接近开关3和主钩卷筒转动检测挡铁1位置不重合时间没有超过相应的主钩档位转速检测延时继电器设定的延时时间，主钩同步继电器16线圈保持得电动作。主钩同步检测逻辑电路11与副钩同步检测逻辑电路21结构相同，对副钩同步检测逻辑电路21的各个部件不再一一标注。

实际使用中，由于副钩同步检测逻辑电路21的副钩档位转速检测延时继电器与副钩档位继电器的常开触点串联连接，副钩档位继电器常开触点与副钩同步检测接近开关常闭触点串联连接。当副钩档位继电器发出相应档位信号时，相应的副钩档位继电器常开触点中的一个常开触点闭合，此时，如果副钩卷筒转动检测接近开关4和副钩卷筒转动检测挡铁2位置不重合，副钩同步检测接近开关常闭触点导通。同时，由于副钩同步继电器与副钩档位转速检测延时继电器相并联，副钩档位转速检测延时继电器常闭延时断开触点与副钩同步继电器的线圈串联连接。当副钩档位继电器发出相应档位信号时，如果副钩卷筒转动检测接近开关4和副钩卷筒转动检测挡铁2位置不重合时间没有超过相应的副钩档位转速检测延时继电器设定的延时时间，副钩同步继电器17线圈保持得电动作。同步逻辑判断控制器的主副钩不同步继电器(20)输出两个常开触点分别到主钩调速装置(7)、副钩调速装置(8)的控制回路电源公共线上，一旦监测到主副钩任一个不同步，主副钩不同步继电器(20)输出的常开触点断开，同时切断主钩调速装置(7)、副钩调速装置(8)的控制回路电源公共线供电，从而控制主副钩停止动作[6]。

2.3 电气梁安装温度检测装置

炼钢厂环境温度极高，夏天环境温度达到60多，为此要求电气梁的空调冷却系统必须运转良好，多次因为空调原因造成调压调速器热保护停机影响生产甚至造成停浇。针对此情况，在电气梁安装温度检测装置，并将此温度信号传到司机室，进行温度显示。当空调温度高于40 ℃时即为故障情况，所以首先设定温度控制器报警温度为40 ℃，当温度值上升到大于40 ℃，将发出一个温度报警开关量信号给得电延时继电器a，如果温度报警信号持续时间超过2 min时，得电延时继电器a将发出信号给得电延时继电器b，通过得电延时继电器b控制声光报警器发出声光报警提醒职工进行检查维修，警报持续一分钟后，得电延时继电器b控制声光报警器停止动作。

3 改造后的效果

3.1 设备故障时间缩短

改进完成后减少了设备故障的判断时间，对维护人员的技术水平要求降低，许多故障消除在了萌芽状态，影响时间降低80%，实现了全年影响时间由2 000 min降低到300 min以内的效果。

3.2 避免了双机构不同步造成造成的操作事故

双机构同步检测的实施，避免了双机构不同步造成造成的操作事故，设备安全和操作安全得到了保证。因为不同步造成的废钢斗倾翻事故得到了杜绝，避免废钢洒落造成的人身伤害和设备损坏事故，安全效益显著。而且转动检测时间可以根据具体应用现场情况根据算法公式进行实时调节，只需要根据本方法提供的公式计算出各档位的理论档位时间，然后将其设定为主、副钩档位转速检测延时继电器的设定延时时间。这时只需采集档位信号和接近开关转动检测开关量信号到同步逻辑判断控制器，就可以满足不同的现场需要。本发明投入少，工作可靠，推广性强，一旦投用基本上属于免维护，可以推广到国内双驱动机构有同步要求的大型天车上，无论是现有的天车改造还是新上天车增加设计，都可以方便实现，经济和社会效益非常可观。按避免一次废钢洒落可以多加废钢90吨，吨效益1 000元，一年避免4次洒落计算，年产生经济效益：90×100 0×4=36万元。此外，避免洒落产生的安全效益不可估量[7]。

3.3 电气梁温度可实时监测

炼钢厂厂房环境温度高，同时变频和调压调速设备，发热量大，对温度敏感，预警装置的投用，可以灵活设置报警温度，从而能够及时提醒天车工电气梁温度升高，空调出现问题，第一时间通知到空调维修人员上车处理，避免了电气梁温度高造成设备停机影响生产[8]。

3.4 杜绝了废钢斗倾翻事故

改造前，每年发生废钢斗倾翻事故4次以上，事故停浇3次以上，在改造优化完成后，废钢斗倾翻事故得到了杜绝，事故停浇次数为零，改造完成后的效果还是相当显著的，有力地保证了安全生产工作[9]。

4 结语

改造完成后到现在，使用效果良好，达到了改造的预期效果，保证了设备的安全稳定运行，杜绝了险肇事故的发生，经济效益和社会效益良好。