相同的曲线 不同的故障

刘子龙

(湖南张家界天门山旅游股份有限公司， 湖南 张家界 427000)

1 问题的提出

张家界天门山索道全长7 455 m，是全世界最长的高山客运索道。索道分成两段驱动，每段有两台440 kW的直流电机拖动。两段索道共采用四台西门子6RA7093- 4DV62直流驱动器。每一段的两台电机工作于主从模式，靠近减速机的是主电机，后面一台装有编码器是从电机。主驱动器负责电流环和速度环，主驱动器通过通信电缆发送电流给定值到从驱动器。从驱动系统速度开环，只有电流环仅负责转矩控制，从驱动器的输出电流跟随主驱动器输出的给定值而变化。G2站和G3站有着完全相同的驱动设备和驱动形式。驱动结构如图1所示，驱动器正常电流曲线如图2所示。

图1 驱动结构(G2、G3相同)

图2 正常情况下两台电机的电流跟随曲线

1.1 G2站出现的问题

2010年底天门山索道完成了分段改造，增加了17个吊厢。第一段索道改造完成后，原来共振(吊厢上下起伏波动)的一跨由16#～17#支架之间，改在5#～6#支架之间。2011年随着游客量的增加，第一段索道重下时两台驱动电机之间的联轴节异响，发出“格啦格啦”的声音，同时吊厢也会在5#～6#支架之间上下起伏震荡严重，游客有明显的超重感和失重感，满载上行时却没有异响的现象。电机联轴节异响时，触摸屏上电流曲线如图3所示。

图3 G2站两台电机的电流曲线

1.2 G3站出现的问题

无独有偶，2014年7月，G3站电机报过载故障，更换电机电流检测模块故障依旧。检查索道线路、减速机、电机均无卡阻现象。后经观察，触摸屏上两条电流曲线也出现了交叉现象，如图4所示。

图4 G3站两台电机的电流曲线

这样G2站和G3站先后都出现了两台直流驱动电机电流曲线交叉的情况。电流曲线交叉，意味着从电机不能很好的跟随主电机的电流变化，还有可能会成为主电机的负载。

2 问题的解决

2.1 第一段索道在满载重上时，电机之间的联轴节没有异响，重下时电机负载轻反而有异响

2.1.1 对第一段联轴节异响原因

图5 编码器信号处理环节

重上时电机处于电动机模式，电机工作于第一象限转矩一直为正；两台电机同时输出正向转矩，联轴节和减速机内齿轮咬合很紧。在所有部件都良好的情况下不存在异响。重下时电机工作于第一或第二象限，在两个象限之间来回切换，电机转矩时正时负；再加上5#支架～6#支架之间吊厢上下震荡波动，这导致钢丝绳的张力也跟随变化，为了维持运行速度恒定，电机转矩就要做出相应的调整。电机就要从电动机状态和发电机状态瞬间变化，也就是说在第一、第二象限之间来回切换。由于主驱动器负责速度环和电流环，为了维持运行速度恒定，主驱动器也会根据变化情况，发送电流给定值到从驱动器。检测速度变化的编码器装在从电机的后面，主从电机之间的联轴节是有间隙的。电机瞬间速度的变化，并未瞬间反馈给主驱动器。主驱动器要根据线路负载实时的做出调整，调整的结果却没有瞬间反馈回来，由于联轴节间隙的原因而是有点滞后。所以主从电机之间来回的调整，形成了一种震荡，导致联轴节之间的间隙“格啦格啦”的声音。

2.1.2 解决办法

根据上面的分析，笔者认为有两种办法可以解决。

(1)把安装有编码器的电机该做主电机，把该电机的驱动器设置为主驱动器，这样主驱动器可实时的得到电机速度的瞬态值，根据瞬态值主驱动器再发送电流给定值到从驱动器。该方案的缺点是需要改线和修改驱动器参数。

(2)根据实际情况，调整编码器反馈延时，让主驱动器的反应迟钝一些，不让主驱动器调整的过于频繁。该方案的优点是不需要改线，仅需调整参数，工程上可以接受。所以才用了该方案。

图6 速度环反馈值处理环节

参考6RA70系统图，参见图5编码器信号处理环节、图6反馈值速度环处理环节。编码器反馈值经图5处理环节输出到K0040(从编码器反馈的实际速度值)，在图6当中，由于是编码器反馈主驱动设备P083=2，K0040被送入速度处理环节。

从图中可以看出，调整参数P200可以修改编码器反馈延迟。根据现场最坏的工况(重下，震荡严重，异响最频繁)，在运行中调整参数P200值，直到联轴节异响消失。至此该故障消除，到目前一直运行稳定。

2.2 第二段索道的电流曲线交叉处理方法

(1)原因分析

触摸屏上报电机过载故障，两台电机之间的联轴节没有出现异响。G3站出现电流曲线交叉的情况，说明两台电机转矩没有严格同步。电机既然报过载故障，首先排查第二段整条索道线路是否出现机械卡阻现象，减速机是否卡阻，两台驱动电机是否卡阻，机械卡阻会导致电机负荷增大电机过载。经过排查排除了机械故障。第二段索道也没有出现第一段的吊厢上下波动，不会带来钢丝绳瞬间张力的变化，这点也可以排除。

下一步根据图纸排除电气回路是否存在误报的情况。驱动器输出电流检测环节参见图7、图8、图9。驱动器输出电流经9R3送到电机电枢回路(见图7)，图7电阻9R3产生的压降送到附图8中的37U6、37U7电压电流转换单元，再送到附图9中PLC的安全模拟量输入模块，进行双通道处理。

更换37U6、37U7故障依旧，9R3是一个康铜片不会有故障，更换PLC模块故障依旧存在，线路导线也没问题。

考虑到这两台电机出现电流曲线交叉情况，两台电机是联轴节连接的，如果编码器软故障，丢了一些脉冲，但又没有完全损坏，结果会怎样呢？结果就是：主驱动器所得到反馈值并不是实际的速度值，主驱动器不停的做出调整。电流曲线交叉，就意味着一台电机需要提高转矩，另一台电流反而下降，它成为了前面那台电机的载荷，所以电机会过载。编码器丢了反馈脉冲，导致驱动器调整紊乱。

(2)故障的解决

根据以上分析，更换新的编码器后设备恢复正常。

3 结束语

图7 驱动器输出电流检测

图8 电压电流信号转换

图9 PLC模拟量输入

以上两个驱动器故障，在触摸屏上都出现了主从两台电机电流曲线交叉的情况，虽然这两套设备的型号和结构完全相同，导致电流曲线交叉的原因和解决方法却是完全不同的。解决故障不能只看表象还要具体情况具体分析。从这两套驱动设备出现交叉的情况来看，主从电机联轴节之间的间隙甚至减速机齿轮之间的间隙，都会影响编码器的实时反馈值。这种情况最好还是距离减速机远一点的电机作为主电机，主电机轴末端安装编码器，这样主驱动器就会得到主电机实时的运转速度了。