取料機回轉(zhuǎn)實現(xiàn)無極變速

徐曉磊 河北理工大學；神華天津煤炭碼頭有限公司，天津，300452

取料機回轉(zhuǎn)實現(xiàn)無極變速

徐曉磊 河北理工大學；神華天津煤炭碼頭有限公司，天津，300452

本文介紹了變頻器技術(shù)在取料機中的應(yīng)用，它功能強大，可以很好地控制取料機在作業(yè)過程中的回轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)無極變速。

取料機;變頻器;回轉(zhuǎn)機構(gòu);變頻調(diào)速;主令控制器

變頻調(diào)速系統(tǒng)一般有電動和發(fā)電兩種運行狀態(tài)，具體到煤場，斗輪堆取料機在堆、取料作業(yè)時，尤其是取料作業(yè)時，懸臂回轉(zhuǎn)角度有一定的區(qū)域限制，斗輪堆取料機懸臂回轉(zhuǎn)為往復運動，每次循環(huán)為向左加速-向左減速-停止-向右加速-向右減速-停止。如果此時電動機處于加速狀態(tài)，回轉(zhuǎn)電動機的作用力大于懸臂的阻力，電動機正常工作；當回轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速后，由停止-向左加速（或停止-向右加速）過渡時，由于懸臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)受原煤阻力和懸臂重力的作用，會對回轉(zhuǎn)電動機產(chǎn)生一個反向加速度力，這就要求回轉(zhuǎn)電動機通過變頻調(diào)速、減小頻率來實現(xiàn)減速。

1.取料機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的組成

取料機回轉(zhuǎn)機構(gòu)所采用的變頻器是低壓交-直-交電壓源型變頻器，由主回路和控制回路兩部分組成，如圖1所示。在主回路中，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出信號進行平滑濾波，逆變電路將逆變成交流電。控制回路完成對主回路的控制，以及對進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU和一些相應(yīng)的電壓、電流檢測回路的控制。變頻器的控制方式為PWM正弦曲線控制方式，即動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制方式，由控制系統(tǒng)高速計算電動機驅(qū)動負載所需功率、最佳控制電壓和電流矢量，最大限度地發(fā)揮電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用。

回轉(zhuǎn)有聯(lián)動臺、半自動和就地運行三種控制方式。在取料機司機室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實現(xiàn)半自動或手動操作，也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進行點動運行操作。變頻器具有低速軟啟動功能,可平滑地大范圍調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)速。變頻器與取料機PLC進行速度控制信號交流的基本回路為0～10V直流模擬回路，當速度控制信號輸入變頻器時，將改變變頻器的輸出頻率，即改變回轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)速。

圖1 斗輪機懸臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)變頻器的組成

2.系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

取料機的回轉(zhuǎn)變頻裝置和電氣控制系統(tǒng)集成在一個電氣柜內(nèi)，通過接線端子與母排與原系統(tǒng)連接，主要元件敘述如下：

變頻器：6SE7031-2EF60+G95+K01+K11(55kw)

制動單元：6SE7028-0ES87-2DA1

制動電阻：10KW 4歐 做1箱，并成1戶內(nèi)柜

輸入電抗器：K119-421

輸出電抗器：K119-423

電動機: B21R 180L 4 SMG HB TWS HW 380/660V 44/25.5A 22KW 1470r/min

變頻器內(nèi)置多種保護，對包括直流母線過/欠電壓、變頻器過載、電動機丟轉(zhuǎn)失步、裝置超溫、輸入電源故障以及自身電路板損壞等多種故障進行監(jiān)控。與此對應(yīng)，擁有近200種故障和報警代碼，當設(shè)備發(fā)生故障時，該裝置可及時停止運行，防止事態(tài)惡化。并通過液晶面板（PMU的一部分）顯示故障代碼，提高查找故障的效率。

2.2 系統(tǒng)原理

改造后的取料機的回轉(zhuǎn)速度變化為1m/min的低速至30m/min的高速。速度轉(zhuǎn)換為無極變速,有向東和向西兩種運行方向。它主要有兩種操作方式：一種操作方式是司機操作，主要是煤炭碼頭公司取料機用于取料作業(yè)。當司機操作主令開關(guān)時，有兩路信號同時發(fā)出：一路是開關(guān)量，直接輸入到PLC程序，通過PLC程序處理，綜合多種條件（包括限位開關(guān)、碰撞保護開關(guān)等）最終發(fā)出，指令傳送給變頻器，令變頻器啟動，從而取料機進行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。另一路是0～10V變化模擬量，它由主令開關(guān)所附電位器產(chǎn)生，隨主令開關(guān)的行程平滑變化，輸入到變頻器，決定著動作的運行速度。各輸入點的功能可通過設(shè)定的參數(shù)來確定。當變頻器從輸入端子接到運行指令后，根據(jù)輸入狀態(tài)和預先設(shè)定的參數(shù)，就由內(nèi)部閉環(huán)電子線路控制逆變器，利用脈寬調(diào)制方法產(chǎn)生所要求的頻率、幅值和相序的電壓源，驅(qū)動電機運行。

另一種操作方式是就地操作，固定的低速運行狀態(tài)。根據(jù)PLC程序中的設(shè)置，變頻器將輸出預置頻率值來驅(qū)動電機，實現(xiàn)固定低速運行。此方式的變頻器啟動與方向輸入情況與司機操作方式類似，主要用于維修，巡視進行大機錨固操作。

3. 系統(tǒng)改造

司機室電氣柜的從站機架順序依次為1756-CNB模塊，1756-IB32/B DI9, 1756-IB32/B DI10,1756-IB32/B DI11,1756-IB32/B DI12,1756-IB32/B DI13，1756-IF16 AI2。首先通過控制網(wǎng)，增加型號為1794-ACN15/C,節(jié)點號為5的適配器，同時增加模擬量輸入輸出模塊1794-IE4XOE2/B重新組態(tài)成新的網(wǎng)絡(luò)。

圖2 1794-IE4XOE2/B模塊參數(shù)設(shè)定

選擇我們要在RSLinx中組態(tài)的控制網(wǎng)，然后選擇OK，系統(tǒng)開始掃描ControlNet上的各個節(jié)點，掃描完畢后，發(fā)現(xiàn)1794-ACN15/C出現(xiàn)在控制網(wǎng)絡(luò)上，組態(tài)成功，保存數(shù)據(jù)完成組態(tài)。

然后對1794-IE4XOE2/B模塊進行模擬量設(shè)定，如圖2所示。

在取料機司機在進行取料時，是通過操作臺上的操作手柄，帶動操作手柄里面安裝的一個電位器，可以控制變頻器的頻率在一定頻率之間無極變化，從而控制回轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速無極變化，實現(xiàn)取料機左右回轉(zhuǎn)無極調(diào)速控制。

取料機回轉(zhuǎn)的操作手柄選用的是MKLC-5-4P-R1的主令控制器，該元件有對應(yīng)三個開關(guān)量信號的操作檔位，即兩個相反方向的運行擋位和一個停止檔位，線號661接接手柄的零位即停止位置，線662接左轉(zhuǎn)低速，線663接右轉(zhuǎn)低速，這三個開關(guān)量信號輸入給PLC程序。取料機司機操作回轉(zhuǎn)時，PLC接收到手柄信號同時，變頻器收到信號，然后控制取料機回轉(zhuǎn)向左向右運動或者停止運動。

取料機回轉(zhuǎn)操作手柄上面的電位器在物理結(jié)構(gòu)上有三個接線抽頭，接線時，將中間的抽頭接入1794-IE4XOE2/B的輸入通道，將其中的電阻兩個終端接線抽頭分別接線，664接到1794-IE4XOE2/B模塊輸出的電壓0通道，665接到電壓1通道。

從停止位置向左或向右滑動手柄時，輸入給變頻器的模擬電壓信號逐漸減小或增大，使電動機的速度逐漸變化。即：

圖3 電位器輸入給變頻器的模擬電壓原理圖

圖3所示為手柄由停止位置向左或向右移動時電位器輸入給變頻器的模擬電壓原理圖。由上圖可得出公式：

由公式可以計算出電位器滑動端在不同位置輸入給變頻器的模擬電壓值為：

隨著手柄的運動，r2的阻值平滑變化，使輸入給變頻器的模擬電壓值Vx作相應(yīng)的變化，達到無極調(diào)速的目的。

4.結(jié)束語

按照這種技術(shù)方案已經(jīng)對公司的6臺取料機全部進行了改造，改造后，司機對取料機這種回轉(zhuǎn)無極操作方式非常適應(yīng)，在取料作業(yè)的過程中，可以根據(jù)自己長期的工作經(jīng)驗，自己掌握取料機回轉(zhuǎn)速度，使取料機的作業(yè)效率得到了有效的提高，達到了預期的效果。另一方面，取料機實現(xiàn)平滑的無極變速的同時，對取料機本身也是有益的，減輕了在回轉(zhuǎn)作業(yè)過程中由高速突然變成低速，或突然高速左轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚儆肄D(zhuǎn)對于設(shè)備本身的沖擊，減輕了設(shè)備的磨損情況，延長了設(shè)備的使用壽命。

[1]魯慶.變頻調(diào)速裝置在秦煤三期斗輪取料機行走系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國港灣建設(shè).2003（2）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.094