橋式抓斗吊車電氣驅(qū)動系統(tǒng)改造

李 波

攀鋼發(fā)電廠 四川攀枝花市

一、存在的問題

發(fā)電廠4臺橋式抓斗吊車主要用于煤場配煤。單臺橋式抓斗吊車大車電機(jī)2臺11kW繞線式交流電機(jī)傳動，采用聯(lián)動控制臺直接啟動和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。由于工作環(huán)境惡劣，粉塵對電機(jī)滑環(huán)、碳刷及觸點(diǎn)損壞較快，加上任務(wù)重，操作頻繁，沖擊電流大，觸頭損壞嚴(yán)重，碳刷冒火，電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時有發(fā)生，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果差，所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低，同時大車電機(jī)由于串電阻調(diào)速是有級調(diào)速，在換擋調(diào)速過程中沖擊電流大，經(jīng)常發(fā)生聯(lián)動臺觸點(diǎn)燒壞，電機(jī)缺相運(yùn)行從而頻繁燒壞電機(jī)，嚴(yán)重影響了配煤生產(chǎn)需要，每年更換損壞件所花的設(shè)備費(fèi)用和人工費(fèi)用相當(dāng)大。

二、主要技術(shù)方案與設(shè)備選型

1.主要技術(shù)方案

大車采用PLC與變頻器控制方式，利用大車?yán)@線式異步交流電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路短接，拆除大車轉(zhuǎn)子回路電阻。大車聯(lián)動臺為單手柄操作，為照顧操作習(xí)慣，大車的啟、停和轉(zhuǎn)速控制仍采用原來的單手柄聯(lián)動臺。利用聯(lián)動臺的啟、停和5對調(diào)速觸頭接入PLC裝置，變頻器接收PLC提供的控制信號，得到變頻器輸出的各種轉(zhuǎn)速。電機(jī)加減速的時間通過變頻器的設(shè)定來進(jìn)行改變?？刂票чl，保證電機(jī)軸停止時抱閘才抱住，既不提前、也不延后。將大車兩側(cè)限位保護(hù)開關(guān)以及大車兩側(cè)門開關(guān)、駕駛室門開關(guān)、倉門蓋板開關(guān)、零位保護(hù)、變頻器故障信號等接入PLC裝置。PLC輸入、輸出信號均使用隔離繼電器，故障信號指示接入故障顯示箱。

變頻調(diào)速以其體積小、通用性強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)快、工作效率高、保護(hù)功能完善、可靠性好、使用方便等卓越性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。電機(jī)主電路實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化，完善的保護(hù)性能，避免了因頻繁動作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障。

2.設(shè)備選型

（1）PLC的選擇。橋式抓斗工作環(huán)境粉塵多以及在運(yùn)行過程中振動大，PLC的防護(hù)等級要高。選用西門子S7-200系列一體式PLC，按設(shè)定的控制程序、輸入控制信號，完成橋式抓斗大車的速度控制。使用西門子系統(tǒng)編程軟件完成PLC梯形圖語言編程，工作可靠，掃描速度快，控制非常靈活。

（2）大車變頻調(diào)速器。在橋抓上應(yīng)用變頻器，因?yàn)槠涮囟ǖ墓r要求及特殊的負(fù)載特性，也就決定了如何使用變頻調(diào)速裝置的型號、功率、保護(hù)等技術(shù)參數(shù)的合理配置，必然要結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備具體情況慎重考慮選擇。

變頻器具有無速度傳感器矢量控制技術(shù)，當(dāng)變頻器有0.5Hz輸出時即有150%以上的高啟動轉(zhuǎn)矩，保證啟動及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的電機(jī)力矩，可在10∶1的速度范圍內(nèi)（5～50Hz）以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運(yùn)行。

為保證大車快速制動，加裝能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)的制動單元把運(yùn)動中的大車速度迅速而準(zhǔn)確地停止，而且要求盡可能快速啟動。

考慮到橋抓工況可變性大的因素，所以選用比電機(jī)功率高一級的變頻器。因此，選用ABB公司生產(chǎn)的ACS800-01-0040-3變頻器，其具有靈活的DTC控制方式、制動單元具有快速制動功能。

（3）大車控制柜。采用防塵、防雨水的結(jié)構(gòu)設(shè)計，柜體尺寸的深度不得超過600mm，以便于安裝于橋抓大車梁的通道上，控制柜前開雙扇門。控制柜內(nèi)各元件間必須留有足夠的安裝空間,以備更換柜內(nèi)元件，柜內(nèi)配線滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。

三、實(shí)施過程

1.施工內(nèi)容

（1）大車電機(jī)變頻器按30kW電機(jī)選用ABB ACS800-1-40+D150，采用一拖二方式控制2臺大車電機(jī)；PLC選用西門子S7-200系列CPU 216，并配備相應(yīng)擴(kuò)展模塊，PLC所有輸入輸出單元采用中間繼電器隔離，以保護(hù)PLC模塊。

（2）為保持現(xiàn)有操作習(xí)慣，仍采用原來的單手柄聯(lián)動控制臺，大車操作機(jī)構(gòu)有各種擋位控制。

（3）大車電機(jī)采用變頻調(diào)速控制后，利用大車電機(jī)，并將轉(zhuǎn)子回路全部短接。

2.系統(tǒng)調(diào)試

通電前，對整車所有連線進(jìn)行檢查，測試絕緣正常，確保無接錯線路。通電進(jìn)行啟動、停止及急停試車。將實(shí)現(xiàn)編好的PLC程序下載到PLC中，然后空操作，試驗(yàn)PLC輸入是否正常。變頻器通電，并將變頻器參數(shù)設(shè)定好，然后空載調(diào)試變頻器，直至調(diào)試正常。將變頻器與電機(jī)連接好（電機(jī)不帶接手），試驗(yàn)變頻器及電機(jī)工作情況，直至調(diào)試正常。將電機(jī)接手連接好，空載試車，試驗(yàn)大車速度情況及限位開關(guān)是否準(zhǔn)確有效。負(fù)載試車，試驗(yàn)橋抓抓煤時大車擋位是否正常、快捷，制動是否正常。滿載運(yùn)行時，變頻器是否工作正常，大車電機(jī)有、無發(fā)燙等現(xiàn)象。以上試驗(yàn)完成后，再反復(fù)運(yùn)行幾個周期，試驗(yàn)各個機(jī)構(gòu)工作是否正確、協(xié)調(diào)。

四、改造效果

（1）降低設(shè)備故障率，調(diào)速均勻、平滑的加減速，使振動和沖擊變小，同時減小了負(fù)載的晃動，提高了安全性能。與原橋抓大車的調(diào)速方式相比，由于減少了碳刷、串聯(lián)電阻等電氣元件的能量損耗，節(jié)電效果明顯。

（2）通過該項(xiàng)目的成功實(shí)施，保證了大車電機(jī)的長壽命周期運(yùn)行，提高了整臺橋抓的可靠性，滿足了發(fā)電配煤需要，滿足連續(xù)配煤的生產(chǎn)工藝要求，滿足燃料配送的穩(wěn)定性。減少了備件消耗費(fèi)用和維護(hù)維修費(fèi)用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 劉 鍇等.深入淺出西門子S7-200PLC.北京航空航天大學(xué)出版社，2004

2 曾允文.變頻調(diào)速技術(shù)基礎(chǔ)教程編程序[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2009