垃圾吊穩(wěn)定性技術(shù)改造

曲文龍 劉曉林 劉雅卉

（1.威海環(huán)文再生能源有限公司，山東威海 264200；2.威海市第二中學(xué)，山東威海 264200）

1.垃圾吊行車載荷搖擺技術(shù)改造

1.1 現(xiàn)狀說明

當(dāng)用吊車搬運(yùn)物料時，吊車的大車、小車及提升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動通常由各自的操作指令獨(dú)立控制。當(dāng)搬運(yùn)物料到達(dá)目標(biāo)位置時，由于受大車及小車加減速的影響，載荷會出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象。當(dāng)載荷搖擺時，卸載作業(yè)就不能進(jìn)行，出現(xiàn)這種情況時，只有熟練的操作工才有可能靠控制大小車的運(yùn)行來消除搖擺，但是，這需要操作工非常熟練的操作技巧和高度的專注。消除載荷的搖擺并且精微地調(diào)整載荷到達(dá)目標(biāo)位置，需要很長的操作時間，這個時間大約占整個搬運(yùn)工作所需時間的三分之一左右[1]。

吊車快速運(yùn)行會引起載荷太大的搖擺，過大的載荷搖擺對現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全造成威脅，載荷搖擺也增加載荷及周圍貨物被損害的可能性，載荷搖擺已成為限制吊車提高搬運(yùn)物料效率的一個主要因素。

1.2 吊車防搖擺系統(tǒng)控制原理

改造“內(nèi)置防搖擺”系統(tǒng)使用科尼的可編程控制器，內(nèi)置于科尼的變頻器中，該反搖擺控制系統(tǒng)根據(jù)操作指令及吊車的實時運(yùn)行狀況計算出能消除搖擺的吊車大小車運(yùn)行速度。變頻器根據(jù)所要求的速度通過電機(jī)驅(qū)動吊車大車和小車的運(yùn)行，從而精確地消除吊車載荷搖擺現(xiàn)象。該系統(tǒng)避免了使用實現(xiàn)微積分方程以及估計預(yù)測等功能所需要的繁雜的計算程序，實現(xiàn)了精巧且有效的反搖擺控制。由于采用速度開環(huán)方式控制，不存在速度反饋調(diào)整，該反搖擺系統(tǒng)吊車的大小車，在精確消除載荷搖擺的同時，一次過加速到達(dá)指定速度，或一次過減速到完全停止。由于考慮了提升鋼絲繩長度變化對載荷搖擺的影響，即使在小車、大車和提升3個方向同時運(yùn)行的情況下，該系統(tǒng)還是能精確地消除吊車載荷的搖擺現(xiàn)象。

由于內(nèi)置于變頻器中，該系統(tǒng)無須其他硬件支持，可非常方便地安裝在新的吊車上。根據(jù)需要做很小的改動后，該系統(tǒng)也可方便地安裝于改造中的舊吊車上。該系統(tǒng)擁有多種反搖擺控制方法，這些方法可以在不同情況下選擇使用既可在通用的標(biāo)準(zhǔn)吊車上使用，也可在速度要求快或者定位精度要求高的吊車上使用。

2.改造過程

防搖改造采用科尼防搖擺功能變頻器替換原大小車ABB變頻器，建立變頻器和PLC的通信，修改程序快，引用起升高度數(shù)據(jù)。為消除諧波影響，增加大小車出線濾波器。

2.1 硬件部分

更換每車兩臺科尼變頻器，型號分別為D2V018和DV011，兩臺電抗器：兩臺科尼變頻器附帶防搖板，通過采集高度信號實現(xiàn)大小車的防晃功能兩臺電抗器用于消除電流諧波的影響。如圖1所示。

圖1 兩臺電抗器圖

2.2 軟件部分

修改PLC程序，利用原高度編碼器高度值輸出到到變頻器，設(shè)置變頻器參數(shù)，調(diào)試防搖功能。

（1）變頻器更改參數(shù)，修改的部分參數(shù)說明說下：

在參數(shù) Group 4.10 Sway Control，V4.10.1 Swing Time[s]。

通過采集的高度信號測量擺動時間V4.10.2 Pendulum Length[m]。

擺幅時間這個值顯示擺長用于擺動控制計算。參數(shù)包括測量的繩索長度和對其所做的修正。由高度信號計算V4.10.3 Stopping Distance。

這個參數(shù)經(jīng)常顯示需要多長距離才能停止移動，當(dāng)搖擺控制打開時，這個值是基于給定的估計值速度。對一個理想的系統(tǒng)進(jìn)行估計，并對驅(qū)動器的過流保護(hù)，電機(jī)滑動和其他因素，如摩擦可能導(dǎo)致實際停車距離變化。

（2）修改PLC程序，改動部分說明如下：

新程序OB1里調(diào)用了防搖擺功能塊FC600，并且增加了兩個固定邏輯位M170.0和M170.1。

防搖擺相關(guān)的硬件是將高度信號從PLC的模擬輸出點硬線引至大小車變頻器的模擬輸入端；在變頻器內(nèi)部設(shè)置對應(yīng)的模擬輸入端口功能為高度信號；在操作臺增加了一個能防搖擺的按鈕。

3.防溜鉤技術(shù)改造部分

3.1 改造設(shè)計

將現(xiàn)有起升變頻器的開環(huán)控制改為閉環(huán)控制，增加速度反饋功能，優(yōu)化電機(jī)參數(shù)，變頻器輸出速度和反饋速度實時比較，速度差異過大時，變頻器緊急停止，制動器抱死，防止抓斗溜鉤，造成損失[2]。

3.2 硬件部分改造

增加變頻器速度卡RTAC-01，屏蔽電纜，增量式編碼器NM702NR3RTAC-01是用于采集編碼器的速度信號，并將信號傳遞到變頻器主板，用于實際速度和輸出速度的比較；增量式編碼器作用是測量電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速，通過屏蔽電纜傳遞到速度采集卡，起升制動器制動輪外側(cè)軸，安裝增量式編碼器NM702NR3，做好固定，確保編碼器運(yùn)行和起升機(jī)構(gòu)高速軸同步轉(zhuǎn)動，編碼器接入變頻器。實時接收速度反饋信號；按照編碼器使用說明書接線，如圖2所示。

圖2 編碼器使用說明書接線圖

安裝編碼器屏蔽電纜，在原大小車電纜滑車下方增加電纜夾，用于安裝鋪設(shè)屏蔽電纜，屏蔽電纜和動力電纜分開鋪設(shè)，每一跨新加電纜長度略長于原電纜，避免受力損傷。如圖3所示。

圖3 屏蔽電纜和動力電纜分開鋪設(shè)圖

3.3 軟件部分

修改ACS800變頻器參數(shù)，投入編碼器速度監(jiān)控功能參數(shù)98.1需修改為RTAC-01，用于開啟速度信號測量功能，激活與脈沖編碼器模塊的通信。傳動將使用測量速度來取代計算速度，運(yùn)行前必須設(shè)置組 50 ENCODER MODULE 的參數(shù)，只有當(dāng)安裝了一個脈沖編碼器模塊RTAC 或 NTAC（可選）并且激活了參數(shù)98.01 ENCODER MODULE 的設(shè)置時，該參數(shù)組才可見，其需要調(diào)整。

在組50中的這些參數(shù)定義了編碼器信號的解碼方式以及當(dāng)RTAC/NTAC模塊故障時ACS 800的動作，原ABB變頻器（ACS800）安裝速度反饋卡RTAC-01，用于實時監(jiān)控變頻器的反饋速度，按說明書將編碼器的反饋信號接到RTAC端子上，共7根線（24V+，0V，A+，A-，B+，B-，屏蔽線）。如圖4所示。

圖4 編碼器的屏蔽線圖

修改優(yōu)化變頻器參數(shù)，98.01組參數(shù)選擇RTAC- SLOT1,50.01：600，50.02：A _-_ B _-_，50.03：FAULT，50.04：1500，50.06：ENCORDER，參數(shù)修改完成后，監(jiān)控變頻器輸出速度和反饋速度一致。

用監(jiān)控軟件監(jiān)控速度差異，反饋速度（黑色曲線）和輸出速度（黑色曲線）基本重合，閉環(huán)控制功能運(yùn)行正常。

4.大小車增加復(fù)位點

4.1 現(xiàn)狀說明

垃圾吊大小車位置由安裝在大小車被動輪處的增量式編碼器測量車輪旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，輸入到PLC高速計數(shù)器模塊FM350-1，在PLC程序內(nèi)轉(zhuǎn)化為位置數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)用于大小車軟件減速及投料統(tǒng)計，大小車停止硬件限位同時用于復(fù)位位置[3]。

目前，由于增量式編碼器及屏蔽電纜抗干擾能力較差，編碼器安裝方式等原因造成位置數(shù)據(jù)經(jīng)常不準(zhǔn)確，需要經(jīng)常復(fù)位以保持?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而大小車復(fù)位點均停止限位，操作員需要將行車開到停止限位處才能達(dá)到復(fù)位的目的。

本次改造將大車兩個爐口處，小車行程中間位置各安裝檢測限位，PLC程序內(nèi)設(shè)置復(fù)位點，這樣可以實現(xiàn)操作員在日常操作中自動校準(zhǔn)位置坐標(biāo)，最大程度地保證大小車位置坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

4.2 硬件改造部分

增加檢測開關(guān)NBB20-U1-W，大車兩個，小車一個；安裝大小車復(fù)位點檢測開關(guān)，大車檢測開關(guān)安裝南側(cè)端梁外側(cè)，復(fù)位位置在兩個爐口位置，小車檢測開關(guān)安裝小車輪位置，復(fù)位位置在大梁中間位置。

4.3 軟件部分

修改PLC程序，大車增加兩個復(fù)位點，小車增加一個復(fù)位點，實現(xiàn)自動復(fù)位。程序的變更：（左舊，右新）后車前車修改的部位一致：FC7小車編碼器程序塊，NW6小車在軌道中間大約11m設(shè)置復(fù)位點，脈沖值6250，目的是讓小車在最頻繁運(yùn)行的區(qū)域多次進(jìn)行位置復(fù)位，從而減少位置坐標(biāo)差異，提高定位精度；保留了兩個小車終端限位點的復(fù)位功能，分別是復(fù)位脈沖200 和 10800。

NW7 小車坐標(biāo)復(fù)位硬件信號進(jìn)行了100ms的信號狀態(tài)擴(kuò)展保持，用于確保復(fù)位成功，因為FM350的掃描是獨(dú)立的可能造成遺漏脈寬窄的信號； FC10 小車位置保護(hù)，將左行極限提前約30cm減速至最低速，避免機(jī)械沖擊；FC14 稱量程序塊里，當(dāng)小車在中間點復(fù)位時，同步的斷開三維坐標(biāo)檢查100ms，用于屏蔽由于大車坐標(biāo)瞬間變動導(dǎo)致的錯誤坐標(biāo)值，避免投料信號誤動作；FC16 PLC的輸入映像表增加了數(shù)字輸入點I8.6作為中間復(fù)位點信號源輸入并對其進(jìn)行保持時間擴(kuò)展100ms。

大車前后投料口使用新的數(shù)字輸入點，舊的輸入點沒有刪除；新的輸入點位I8.4 I8.5；FC18超載停車?yán)飳⒅亓肯拗浦祻?1t增加至11.5t；FC11小車運(yùn)行中的左右信號輸出，由于科尼變頻器兩個方向信號獨(dú)立01和10，原ABB變頻器兩個方向信號分別是10和11，因此在程序里將11邏輯變更為01（去掉原來的并聯(lián)信號）。

5.結(jié)論

垃圾吊穩(wěn)定性技術(shù)改造完成后對大小車防搖功能進(jìn)行測試，抓斗擺動幅度減少90%以上，減少了點動操作，防搖擺效果明顯；防溜鉤閉環(huán)控制投入使用后，提高安全性，降低行車抓斗損壞風(fēng)險；大小車新增復(fù)位點能夠起到校準(zhǔn)復(fù)位作用，能減小大小車位置坐標(biāo)的累計誤差，便于精確定位，減少操作人員的工作強(qiáng)度，提高安全運(yùn)行速度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。