一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)保護(hù)裝置的研制

◎ 王康興

（連云港東糧碼頭有限公司，江蘇 連云港 222000）

1 項(xiàng)目建立背景

連云港東糧碼頭有限公司是一家散貨裝卸碼頭公司，共有32#、33#兩個(gè)泊位，其中32 泊位采用3 臺(tái)青島海西MQ25-39 門座起重機(jī)進(jìn)行抓料卸船，糧食經(jīng)岸臂皮帶機(jī)BC1 進(jìn)入筒倉，33 泊位則是通過2 臺(tái)裝卸兩用機(jī)取料至3#、4#皮帶機(jī)進(jìn)入流程線，在船舶滿倉時(shí)，每個(gè)泊位的平均工作效率可達(dá)到1 000 t·h-1。由于鐵合金、化肥等散雜貨的原因，其中33 泊位的兩條卸船線占據(jù)了東糧公司83%的散糧作業(yè)任務(wù)，所以3#、4#皮帶機(jī)的設(shè)備完好率直接關(guān)系到東糧公司的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)總量。

2 項(xiàng)目意義

雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以首尾分散的形式共同驅(qū)動(dòng)同一大型或長(zhǎng)距離設(shè)備，可降低單電機(jī)的電機(jī)功率，使設(shè)備小型化，給設(shè)備的運(yùn)輸、安裝尤其是設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)帶來方便，其次是采用分散驅(qū)動(dòng)的方式使設(shè)備分散受力，整個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)平衡性相比單電機(jī)大大提高。

然而，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)備也存在2 個(gè)缺陷：①增加一臺(tái)電機(jī)，隨之而來的設(shè)備故障隱患點(diǎn)也隨之增加。②單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的故障會(huì)導(dǎo)致整條皮帶機(jī)線停機(jī)或故障，并且增加損壞另一臺(tái)電機(jī)的幾率。所以，必須加強(qiáng)對(duì)此類設(shè)備的檢查及保養(yǎng)，隨之而來的就是管理成本的增加。

3 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行分析

當(dāng)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備所有機(jī)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定狀態(tài)。而當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，如電機(jī)1 的減速機(jī)與聯(lián)軸器（本公司所用的為輪胎聯(lián)軸器）斷開，設(shè)備的穩(wěn)定狀態(tài)即被打破，電機(jī)1 的聯(lián)軸器不再具備帶動(dòng)負(fù)載的能力，電機(jī)1 就開始處于空載運(yùn)行，而電機(jī)2 在單點(diǎn)（首端或末端）帶起整個(gè)皮帶機(jī)線的負(fù)載，一方面對(duì)電機(jī)2的整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來機(jī)械上的損傷，如減速機(jī)的超溫、減速機(jī)的底座斷裂、聯(lián)軸器的斷裂、軸承故障等比較嚴(yán)重的故障，另一方面皮帶機(jī)的受力平衡被打破，可能會(huì)造成皮帶機(jī)的跑偏、撕裂故障，造成傳遞物料的撒漏、造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。總之，這些運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生的故障如果不及時(shí)進(jìn)行反映，會(huì)使整個(gè)原本簡(jiǎn)單的故障復(fù)雜化，擴(kuò)大了損失范圍，增大了維修及材料成本。所以將整個(gè)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的反映，將設(shè)備隱患及故障在萌芽狀態(tài)時(shí)就充分暴露出來對(duì)于設(shè)備的保障及管理是非常重要的。

3.1 現(xiàn)有的雙電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備存在的技術(shù)問題

現(xiàn)有的雙電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備存在：①無法實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控。②無法對(duì)皮帶機(jī)的防撕裂做到雙重保護(hù)。③無法實(shí)現(xiàn)對(duì)雙電機(jī)設(shè)備的故障檢測(cè)及預(yù)測(cè)。④無法實(shí)現(xiàn)對(duì)雙電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)保護(hù)。⑤無法實(shí)現(xiàn)對(duì)雙電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

3.2 該技術(shù)問題產(chǎn)生的原因

只利用了電流表的檢測(cè)功能，未形成電氣系統(tǒng)的閉環(huán)控制，導(dǎo)致在人力缺乏的情況下對(duì)雙電機(jī)系統(tǒng)無法做到實(shí)時(shí)的保護(hù)。

3.3 研發(fā)目的

①實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控和閉環(huán)控制。②對(duì)皮帶機(jī)的防撕裂做到雙重保護(hù)。③實(shí)現(xiàn)對(duì)雙電機(jī)設(shè)備的故障檢測(cè)及預(yù)測(cè)。④實(shí)現(xiàn)對(duì)雙電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)保護(hù)。

4 技術(shù)方案

4.1 構(gòu)成部件

構(gòu)成部件包括電流互感器、三相電流表（MODBUS-RTU 通訊協(xié)議）和網(wǎng)關(guān)（modbus-rtu 轉(zhuǎn)tcpIP）、工控機(jī)。

4.2 主要結(jié)構(gòu)和原理

①基于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)電機(jī)的動(dòng)力柜控制電路，進(jìn)行線路改造，將老式機(jī)械式電流表更換為帶有MODBUS-RTU 通訊協(xié)議的多功能電流表。②通過工業(yè)串口服務(wù)器或網(wǎng)口通訊模塊（帶modbus-rtu 轉(zhuǎn)tcpIP 功能），將電流表采集到的數(shù)據(jù)傳輸至工控機(jī)中。③工控機(jī)內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過施耐德編程軟件（unityPro xl）進(jìn)行讀取并通過函數(shù)功能塊轉(zhuǎn)換成真值，并通過施耐德上位機(jī)軟件（Citect）的電流表插件實(shí)際顯示到上位機(jī)界面，使中控操作人員準(zhǔn)確觀察到皮帶機(jī)設(shè)備的實(shí)際電流，間接反映出流量情況，整個(gè)裝置的系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 雙電機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)圖

另外，由于采集到的是兩個(gè)電機(jī)的電流，于是將這兩個(gè)電流值通過下位機(jī)軟件（unityPro xl）進(jìn)行編程，主要運(yùn)用SUB_REAL、GE_REAL、ABS_REAL 函數(shù)功能塊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電流值的差值運(yùn)算，使雙電機(jī)電流值在＞50 A 時(shí)進(jìn)行報(bào)警，＞80 A 的時(shí)候發(fā)出停機(jī)信號(hào)，保護(hù)皮帶機(jī)的雙電機(jī)系統(tǒng)。

5 有益效果

①節(jié)省了人力，通過自動(dòng)化控制的方式，將以前的開環(huán)控制增加了反饋，變?yōu)殚]環(huán)控制，避免了通過增加人力去實(shí)際觀察設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況。②實(shí)時(shí)反映了設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，有效地檢測(cè)出雙電機(jī)系統(tǒng)下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生的故障，如聯(lián)軸器斷裂、破損等情況，同時(shí)避免了在單電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載情況時(shí)，對(duì)此運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行了保護(hù)，降低了設(shè)備的故障率和維修成本。③由于及時(shí)的檢測(cè)出設(shè)備的潛在故障，可以降低散糧流程線的故障率，減少設(shè)備的維修時(shí)間。單臺(tái)電機(jī)更換時(shí)間平均為半個(gè)工班（6 h），更換電機(jī)人次平均為5 人/次，減少降低了30 工時(shí)/次。

6 項(xiàng)目推廣

從2019 年項(xiàng)目開展以來，通過針對(duì)性的設(shè)備保障進(jìn)一步的工作，東糧公司皮帶機(jī)線的故障率顯著降低，并有效警示預(yù)測(cè)性地解決了如電機(jī)主斷路器故障等設(shè)備隱患。公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)面貌，對(duì)安全、效率的把控提升到一個(gè)全新的水平，為公司的提質(zhì)增效打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。本保護(hù)系統(tǒng)也可推廣至多電機(jī)或單電機(jī)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)中，目前已列入公司計(jì)劃，將設(shè)備保障工作提高一個(gè)新的臺(tái)階。