裝船機俯仰制動系統的控制與優化

鄒吉慧，李文義

（1.遼寧城市建設職業技術學院，遼寧 沈陽 110122；2.蒂森克虜伯工程技術（中國）有限公司北京分公司，北京 100020）

1 俯仰機構制動系統簡介

裝船機俯仰機構用于升降臂架和溜筒，其機構主要有主電機、應急電機、齒輪箱、制動系統、卷揚滾筒、鋼絲繩和滑輪組等機構，如圖1所示。

圖1 俯仰機構結構圖

俯仰機構制動系統包括主電機操作制動器，應急電機操作制動器和卷揚輥筒端部的安全制動器三部分，其中，主電機操作制動器是鼓式制動器，安裝于主電機輸出軸側。應急電機操作制動器是鼓式制動器，安裝于應急電機輸出軸側。安全制動器（兩個）是盤式制動器，安裝于卷揚滾筒端部邊緣側。

2 操作制動器控制

主電機操作制動器跟隨主電機或應急電機同步動作，應急電機操作制動器跟隨應急電機同步動作。

2.1 操作制動器原控制方案

操作制動器原控制方案為西門子6SE70變頻器大全推薦設置方案，即電機啟動時使能速度給定，電機輸出轉矩（或電流）達到設定值后打開制動器；電機停機時，電機轉速降為停機速度后關閉制動器。

2.2 操作制動器原控制方案問題

（1）俯仰機構所對應的負荷隨俯仰角度變化而變化，從頂部到底部逐漸增大。如果按照底部的俯仰負荷設置開制動器開閘閥值則當俯仰在頂部時開閘瞬間會存在過沖現象；如果按照頂部俯仰負荷設置開制動器開閘閥值，則當俯仰在底部時會存在開閘溜勾現象。

（2）俯仰低速下降時，俯仰操作制動器打開時存在溜勾現象，如圖2所示。因為通過使能主給定而生成的開閘轉矩方向會跟隨主給定的方向。但提升類負載的負載轉矩方向始終向下，開閘轉矩的方向應該始終向上。

圖2 俯仰機構下降溜勾圖

2.3 操作制動器控制方案優化

基于上述分析，優化方案中不設置電機制動器開閘閥值，電機啟動時直接打開制動器并生成主給定，同時在變頻器斜坡函數之后的附加轉速加入一個5%額定速度（方向與負載相反，經濾波器濾波）的階躍給定，則制動器打開瞬間會產生一個與負載方向相反的階躍轉矩來抵抗負載下降。經短暫延后撤銷該階躍速度給定。該方案相關的功能均在變頻器內通過自由功能塊編程來實現。由6SE70變頻器內部自由功能塊搭建的制動器控制邏輯如圖3所示。

圖3 6SE70附加階躍轉速邏輯圖

該方案的現場測試效果如圖4和圖5所示。

圖4 附加階躍方案上升開閘

圖5 附加階躍速度下降開閘

為了規避制動器關閘后溜勾風險，優化的操作制動器控制方案也增加了關閘溜勾檢測功能。方案為設置6SE70變頻器的脈沖封鎖延遲時間（P801），在此期間內若發現制動器關閘后電機速度大于設定值，則立即輸出報警，同時立即啟動變頻器（捕捉再啟動方式P583）輸出轉矩保持負載懸停一定時間，裝船司機收到報警后應立即啟動應急處理程序（拉升到頂部并鎖定）。如果在懸停時間內沒有任何升降操作，則變頻器將按照設定的重復關閘次數重復嘗試關閉制動器，超過設定次數后變頻器將以設定下放速度勻速將負載下放到最低位置。

3 安全制動器控制

安全制動器原控制方式為跟隨變頻系統的整流設備同步動作。當整流設備上電時打開安全制動器，整流設備斷電或出現緊急情況時關閉安全制動器，即正常運行時安全制動器一直打開。為了提高制動系統的安全性，安全制動器的動作被調整為跟隨俯仰機構同步動作，即俯仰機構每次動作時，安全制動器先于操作制動器打開，后于操作制動器關閉。這樣可大大降低因操作制動器問題引發的溜勾風險。

4 結語

通過對俯仰制動器控制的優化，俯仰制動器開閘溜勾問題得到了解決并且運行順暢。通過設置制動器關閘后的溜勾檢測和預防措施以及安全制動器的工作時序調整，大大提高俯仰制動系統的安全型。另外通過對俯仰急停和故障響應機制的優化處理，大大減少了之前急停和故障停機時對設備的巨大沖擊。

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