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      ABB礦山提升機(jī)停車噪聲分析及對策

      2013-06-26 05:55:54王志凱
      金屬礦山 2013年12期
      關(guān)鍵詞:限幅提升機(jī)傳動系統(tǒng)

      王志凱

      (五礦集團(tuán)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

      1 提升系統(tǒng)停車發(fā)出噪聲不正?,F(xiàn)象

      安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司李樓鐵礦1#主井提升機(jī)主機(jī)型號為JKM4×6(Ⅲ)E,摩擦輪直徑4 m,直流電機(jī)直聯(lián)方式,箕斗自重29 t,平衡錘配重46.65 t,載重34 t,全速10.05 m/s。采用ABB公司DCS800傳動系統(tǒng)。[1]提升機(jī)近2年來安全平穩(wěn)運(yùn)行,在各機(jī)械部位的磨合匹配后,出現(xiàn)了每次正反向停車抱閘時都會發(fā)出不正常噪聲,且空箕斗下放到裝載位置時有輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

      2 原因分析以及處理方法的設(shè)想

      噪聲的產(chǎn)生肯定是由于振動,停車出現(xiàn)不正常噪聲應(yīng)該是貼、抱閘時刻與大型直流電機(jī)控制運(yùn)行配合的問題。經(jīng)過調(diào)整貼閘壓力、抱閘時刻,效果都不是非常理想。由于機(jī)械響應(yīng)速度遲站回緩,液壓油壓力的延時,機(jī)械機(jī)構(gòu)能夠調(diào)整的極限反應(yīng)時間大約在1 s左右,不能很好地解決這個問題。為了徹底解決噪聲問題,提出了從電控系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)上調(diào)整改進(jìn)控制方式的設(shè)想。利用ABB公司的傳動維護(hù)調(diào)試工具Drivewindow對電機(jī)控制進(jìn)行毫秒級的精確調(diào)試匹配[2]。

      3 傳動系統(tǒng)控制分析

      ABB提升機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制,在轉(zhuǎn)矩控制模式下時,速度由負(fù)載決定。同樣,當(dāng)運(yùn)行在速度控制模式下時,轉(zhuǎn)矩大小由負(fù)載決定。速度和轉(zhuǎn)矩對用戶來說是2個最主要的因素,可以直接通過電樞電流來控制:轉(zhuǎn)矩控制為內(nèi)環(huán),速度控制為外環(huán)[3]。

      提升機(jī)啟動停車的過程就是2種控制方式的切換過程,啟動時傳動系統(tǒng)控制電機(jī)預(yù)先施加預(yù)置轉(zhuǎn)矩,在提升機(jī)松閘運(yùn)行后立即切換到速度控制;停車時也是由速度控制切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下。針對噪聲只存在停車時的情況,我們要關(guān)注2種控制方式的切換時刻。傳動系統(tǒng)接收來自電控系統(tǒng)的指令控制電機(jī)的運(yùn)行,并通過反饋電流和編碼器實(shí)時讀取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

      4 采集傳動曲線分析

      利用Drivewindow采集停車前各個過程數(shù)據(jù)分析,重點(diǎn)關(guān)注停車時刻的幾個相關(guān)參數(shù)曲線變化:電機(jī)反饋速度值1;來自電控PLC給傳動系統(tǒng)的運(yùn)行指令2;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3;速度給定值4;轉(zhuǎn)矩控制選擇5;見圖1。

      圖1 停車前過程曲線

      從圖1中可以看出,電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩3有一個下降又上升然后保持平穩(wěn)的趨勢,表明電機(jī)減速至停車前的爬行速度,到接近停車時速度給定值4已經(jīng)為0。從此段曲線至完全抱閘停車時刻105.780 s處的趨勢可以看出,來自電控PLC給傳動系統(tǒng)的運(yùn)行指令2與轉(zhuǎn)矩控制選擇5同時切換;電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩值有一個小的凸起趨勢,說明抱閘后,電機(jī)切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下時電機(jī)還在出力,從而導(dǎo)致抱閘時會產(chǎn)生振動響聲。所以,為了解決這個問題,要同時兼顧停車前轉(zhuǎn)矩控制切換時刻的調(diào)整和轉(zhuǎn)矩大小的限幅。

      5 電控軟停車程序的設(shè)計(jì)

      原停車控制方式的切換是在抱閘命令產(chǎn)生時,速度控制模式即時轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制模式,這樣會由于轉(zhuǎn)矩輸出不夠平穩(wěn)產(chǎn)生振動噪聲。設(shè)想如果把速度控制模式切換到轉(zhuǎn)矩控制模式下運(yùn)行的時刻延時到徹底停車抱閘以后,這樣停車的效果會不會降低或者消除由于抱閘后轉(zhuǎn)矩還在輸出而帶來的噪聲,也就是完全利用速度控制去實(shí)現(xiàn)軟停車。在提升機(jī)傳動控制程序中添加一段延時切換為轉(zhuǎn)矩控制模式的程序,將延時時間設(shè)置到抱閘停車以后,見圖2[4]。

      圖2 停車后延時切換轉(zhuǎn)矩控制

      增加這段程序代碼后,提升機(jī)停車時就可按照設(shè)置的PT延時時間去切換控制方式。投入后再次采集曲線觀察停車時的狀態(tài)效果,振動噪聲明顯減小,但是出現(xiàn)了滾筒輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,也就是說這種設(shè)想是有效的。但是完全的采用速度控制停車造成了停車輕微反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,所以轉(zhuǎn)矩控制也是不能完全舍去的。再設(shè)想投入停車轉(zhuǎn)矩限幅,與控制方式延時切換一起投入,讓速度控制切換后以一個很小的轉(zhuǎn)矩去控制電機(jī)從而平穩(wěn)的抱閘停車。從多次反復(fù)試驗(yàn)觀察,停車前速度控制切換過早會有振動噪聲(轉(zhuǎn)矩過大,不夠平穩(wěn));切換過晚又會引起滾筒翻轉(zhuǎn)(抱閘停車后轉(zhuǎn)矩輸出起不到閘住滾筒的作用)。

      在速度控制切換為轉(zhuǎn)矩控制前,將轉(zhuǎn)矩限幅在一個合適的不會產(chǎn)生振動噪聲又能平穩(wěn)抱閘且不反轉(zhuǎn)的范圍,在控制方式切換的時刻立即投入,這樣就應(yīng)該可以解決這個問題。在傳動控制程序P45中添加一個轉(zhuǎn)矩限幅的窗口功能,在PLC切換控制方式指令到來前進(jìn)行限幅輸出,見圖3[5]。

      圖3 停車前轉(zhuǎn)矩限幅窗口程序

      增加的時間變量控制模式切換信號的延時的PT延時時間一定要小于轉(zhuǎn)矩限幅延時的PT延時時間,這樣才能保證在切換為轉(zhuǎn)矩控制模式前先對轉(zhuǎn)矩有效限幅。變量正向轉(zhuǎn)矩限幅值和反向轉(zhuǎn)矩限幅值分別通過ABB傳動通訊驅(qū)動器設(shè)置指針地址到傳動參數(shù)最大轉(zhuǎn)矩(TorqMax 20.05)和最小轉(zhuǎn)矩(TorqMin 20.06)進(jìn)行限幅值的寫入。

      6 優(yōu)化軟停車控制方式后的效果

      經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn),在振動噪聲與滾筒反轉(zhuǎn)之間取一個平衡點(diǎn),根據(jù)工況每次調(diào)整2個PT延時的毫秒級時間以及限幅的大小,獲得了一個比較平穩(wěn)合適的停車曲線,見圖4。

      圖4 優(yōu)化后的停車前過程曲線

      從圖4中可以看出,在85.040 s處,電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩[3]立即以一個很小的平穩(wěn)下降趨勢至抱閘時刻,此時刻先于來自PLC給的停車指令[2]且先于轉(zhuǎn)矩控制模式選擇控制模式選擇變量指令[5]。試驗(yàn)后針對我公司李樓1#主井的運(yùn)行工況確定了以下幾個變量合適的設(shè)置值。其他主井系統(tǒng)可作為參考進(jìn)行精確毫秒級的調(diào)整,見表1。

      7 結(jié)論

      針對提升系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)受其材料性能影響,而不能到達(dá)更高精度控制和激勵響應(yīng)效果的情況,要利用高動態(tài)性能檢測分析手段對過程數(shù)據(jù)進(jìn)

      表1 李樓1#主井軟停車參數(shù)設(shè)置

      行分析,多次反復(fù)試驗(yàn),在動態(tài)值范圍內(nèi)找出合適的參數(shù)用以調(diào)整最終機(jī)械機(jī)構(gòu)的執(zhí)行效果。本研究所述的這種軟停車思路成功解決了提升機(jī)停車抱閘噪聲和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,保證了提升機(jī)全負(fù)荷下高效安全運(yùn)行。

      [1] 中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司.李樓鐵礦采選工程初步設(shè)計(jì)[R].秦皇島:中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司,2010.

      [2] DCS800系列直流模塊固件手冊[M].[S.l.]:ABB公司,2009.

      [3] ABB直接轉(zhuǎn)矩控制傳動技術(shù)指導(dǎo)手冊[M].[S.l.]:ABB公司,2010.

      [4] 馬建民,趙增玉,等.現(xiàn)代提升機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2002.

      [5] AC800M編程手冊[M].[S.l.]:ABB公司,2009.

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