干熄焦專用提升機的優化改造方案研究

李 新

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

1 燃料供應廠提升機現狀

燃料供應廠干熄焦作業區75t和140t兩臺干熄焦提升機均為2006年投入使用，目前已使用約十年。近兩年兩臺提升機故障頻頻發生，特別是140t干熄焦提升發生兩次墜罐事故，嚴重影響正常的安全生產。進行系統分析：由于提升機投入使用約十年，變頻器及電氣系統進入故障高發期；在用的工作制動器只能保證提升機正常生產使用，如果工作制動器或與工作制動器相關的電氣設備發生故障就會造成墜罐事故。為保證安全生產，對兩臺干熄焦提升機進行升級改造。

2 改造方案

干熄焦專用提升機改造項目，包括以下兩部分：

機械部分、電氣部分；

改造主要內容：①重新設計、更換卷筒；②在低速端每個卷筒盤上增加液壓盤式制動器；③更換變頻調速系統；④自控系統硬件的擴展；⑤對整套設備的軟件系統進行升級，完善故障報警、預警功能。

2.1 機械部分

重新設計卷筒，并新增卷筒安裝用軸承(SKF)及油封2套，拆除舊的卷筒及鋼絲繩，更換新設計的卷筒及鋼絲繩，鋼絲繩采用韓國大象品牌（CPM型6×36(WS)+IWRCФ34-1960-120m）。

主起升機構增加帶液壓系統安全制動器(法國西姆)，安全制動器選擇法國西姆品牌SH15-3型液壓盤式制動器。兩套液壓盤式制動器由一套液壓系統控制。

（1）改造的提升機主要包括2大機構。主起升和小車機構。電機安裝在高速軸上，卷筒安裝在低速軸上，高速軸和低速軸通過減速器連接在一起。傳統的起升機構制動器設在高速軸上，稱工作制動器。在這種情況下，如果高速軸和低速軸之間的某個傳動環節故障，主起升制動器對于卷筒將失去作用。針對這種情況，在卷筒上裝設制動器，稱安全制動器。在傳動環節故障和超速故障時，運行制動器先動作，安全制動器延時動作。確保起吊的焦罐能夠在事故狀態時受到保護并安全可靠制動。本次提升機改造選用法國西姆公司的液壓盤式制動器，型號為SH15-3。該制動器作用于低速卷筒盤上。如下工況時，安全制動器動作：①當主起升機構傳動系統都失效，起重負荷在失控的狀態下超速下落時，作為起重機的最后一道安全防線，安全制動器將緊急上閘制動，在低速軸端(卷筒端)將負荷制動住，從而避免了事故的發生。②系統突然失電時。③操作者發現緊急情況，按下急停按鈕時。

（2）制動系統由以下部分組成。--制動器SH15；--液壓站及管路；--電氣控制箱。

起升機構增加增量型編碼器，與安全制動器配合使用。增加制動器及編碼器的安裝底座等。

2.2 電氣部分

（1）變頻器選型。提升機現采用西門子70系列變頻器，已經運行多年，變頻器元器件存在老化現象，這會增加故障的發生。本次改造更換整套變頻調速系統，原調速系統不再使用。系統采用多傳方案，即采用一套整饋裝置，采用多套獨立的逆變變頻裝置驅動兩臺電機及橫移電機。變頻系統選用西門子S120系列產品。

西門子S120系列驅動系統由不同的模塊組成，包括供電模塊、濾波器模塊、電機功率單元、附加功能模塊、控制單元。SINAMICS S120 驅動系統特點：①模塊化系統，適用于要求苛刻的驅動任務SINAMICS S120可以勝任各個工業應用領域中要求苛刻的驅動任務，并因此設計為模塊化的系統組件。大量部件和功能相互之間具有協調性，用戶因此可以進行組合使用，以構成最佳方案。功能卓越的組態工具 SIZER 使選型和驅動配置的優化計算變得方便快捷。②配有中央控制單元的系統架構。在 SINAMICS S120上，驅動器的智能控制、閉環控制都在控制單元中實現，它不僅具有矢量控制、伺服控制，還有 V/f 控制功能，另外，控制單元還有所有驅動軸的轉速控制、轉矩控制，以及驅動器的其他智能功能。各軸的互聯可在一個控制單元內實現，可以在 STARTER 調試工具中進行組態。

③“高度靈活”的模塊化設計：SINAMICS S120 允許不同功率等級與控制性能的單元自由組合，所有系統組件之間都具有高度的兼容性。所有的裝置，無論整流還是逆變都可通過簡單并聯就可實現功率的增容；高度靈活的模塊化設計完全能夠滿足多種功能要求。④“一網到底”的通訊技術：上位通訊采用新一代高速工業以太網技術—PROFINET，該協議可以方便地集成到配置：內部集成安全功能的書本型SINAMICS S120 連接到故障安全型SIMATIC 控制器。⑤裝置并聯的“無環流設計”：選用了新一代高性能 IGBT 和獨特的均流控制技術，裝置并聯增容時，只需滿足最短電機電纜的要求就可，而無需笨重而昂貴的平衡電抗或輸出電抗器。⑥四象限運行的“IGBT 智能整流”：全新的 IGBT 整流— SLM，在實現四象限運行的基礎上，成功避免了換流故障，又免除了傳統晶閘管正反橋整流/回饋所需的自耦變壓器，大大提高了傳動系統的可靠性。⑦安全功能的“內部集成”：安全控制功能集成在傳動內部，內部集成了“安全轉矩關斷”，“安全停止1”和“安全剎車控制”安全保護功能，因而無需額外的硬件，大大降低了安裝和接線成本。這種安全方案完全滿足 EN 954-1 類 3IEC 61508SIL2，ISO 13849-1 規范。

（2）變頻系統改造方案。選用西門子S120系列整饋＋逆變的方案。

（3）自控系統。原有PLC為施耐德昆騰系列產品，本次改造保留原有機架內各PLC模塊。增加原品牌的部分I/O模塊及高速計數模塊等。對控制程序進行優化，增加安全機制確保起重機安全運行。在HMI畫面中增加相應的控制及狀態反饋。司機室內新增一個300mmx400mmx500mm控制箱，該箱內設置一個遠程站，完成對安全制動器的控制和信號的采集。增加遠程故障報警功能，采用WEB服務器發布。在相關人員手機上可以隨時訪問整個提升機及熄焦塔各設備的狀態。

（4）現場檢測元件及其它。①由于部分現場檢測元件存在干擾問題。在柜內增加信號隔離開關，現場限位開關檢測到的信號通過隔離開關隔離后，再進入PLC。②工作限位采用磁接近開關，上超限下超限采用主令控制器方式與重垂限位機械限位合并控制，所有限位信號要進入PLC。采用P+F的U型限位，該限位的突出優點：U型限位具有兩個檢測面，即便中間的感應鐵有晃動，它能夠可靠地檢測信號，避免信號的丟失。③設計緊急運行系統，PLC故障時全手動運行（包括提升，走行），與正常系統完全隔離。④ 現在用的控制上、下限位的主令控制器由于誤差較大，進行重新設計更換。

3 結語

通過在干熄焦提升機機械部分增加安全制動器，保證在傳動系統故障，以及即使工作制動器失效時，確保起吊的焦罐能夠在事故狀態時受到保護并安全可靠制動；對變頻器及控制系統進行優化改造，實現整套干熄焦系統高效、安全穩定運行。