翻車機(jī)變頻器及PLC升級改造工藝

李云超 田力

摘要：作為北煤南運的重要通道，目前黃驊港的煤炭下水能力逐年增加，但所使用的翻車機(jī)的接卸能力已不能滿足煤炭接卸要求。文章通過對一期CD3翻車機(jī)變頻器、PLC系統(tǒng)的改造升級，大大提高了翻車機(jī)作業(yè)的穩(wěn)定性和作業(yè)效率，為保證煤炭接卸提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：翻車機(jī);變頻器

1、工程概況

黃驊港一期工程中翻車機(jī)采用的是變頻調(diào)速系統(tǒng)，主體設(shè)備的變頻器為西門子6SE70系列產(chǎn)品，由于運行時間已達(dá)10年以上，設(shè)備嚴(yán)重老化，變頻器內(nèi)部元件損壞頻繁，每次維修時間較長，嚴(yán)重影響了黃驊港一期的翻車機(jī)的生產(chǎn)效率及設(shè)備完好率。

為了確保設(shè)備安全可靠，提高設(shè)備的運行效率及穩(wěn)定性，對現(xiàn)有黃驊港一期工程翻車機(jī)變頻器及控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。同時為了適應(yīng)變頻器控制要求，對控制系統(tǒng)優(yōu)化升級。

2、國內(nèi)外現(xiàn)狀

我國采用翻車機(jī)卸煤起步相對較晚，其自動化控制程度及穩(wěn)定性與德國等國家先進(jìn)港口相比存在一定差距。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，黃驊港作為北煤南運重要通道，其自動化水平近幾年有了較大提高。通過對翻車機(jī)變頻系統(tǒng)的改造，現(xiàn)有翻車機(jī)設(shè)備的翻車效率將有更大提高。

3、施工內(nèi)容

3.1、變頻器改造

3.1.1設(shè)備現(xiàn)狀

現(xiàn)有一期翻車機(jī)的變頻器為6SE70系列，使用交直交變頻，每臺翻車機(jī)需改造兩套變頻系統(tǒng)，分別是：

定位車變頻系統(tǒng)：現(xiàn)有定位車控制由一臺AFE單元，拖動兩臺逆變器（每臺逆變器拖動三臺110KW電機(jī)），目前控制方式為不帶編碼器的開環(huán)控制方式。

推車機(jī)變頻系統(tǒng)：現(xiàn)有推車機(jī)控制由一臺AFE（主電源接觸器-一濾波回路等）供電至一臺SIEMENS6SE7137-0EG80-2BA0-Z變頻器整流，并通過三套“預(yù)接觸回路”分別控制翻車機(jī)兩臺200KW的電機(jī)及推車機(jī)3臺110KW的電機(jī)。推車機(jī)控制采用不帶編碼器的開環(huán)控制方式，翻車機(jī)采用帶編碼器的轉(zhuǎn)矩控制方式。

3.1.2改造方案

將目前西門子6SE70系列變頻器進(jìn)行更新，采用具有伺服控制的髙性能新一代西門子S120系列變頻器替換老一代Masterdrives產(chǎn)品。S120系列交流驅(qū)動器包含的控制單元可以提供驅(qū)動功能和工藝功能，通過補(bǔ)充不同的系統(tǒng)附件可以用于擴(kuò)展功能，滿足不同編碼器接口和過程信號的要求。其整機(jī)具有操作方便、安裝和布線簡單的特點。整流單元需具有能量反饋，動態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償，動態(tài)消諧等功能。

定位車整流單元共用一套ALM模塊，考慮到后期可能由C70主車型改為C80主車型，設(shè)計容量不低于900KW。逆變單元采用一對一的控制模式，即每臺逆變單元對應(yīng)一臺電機(jī)。兩套ALM模塊需設(shè)計成正常工作時共直流母線供電，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障停機(jī)時，可以滿足并實現(xiàn)單臺為11套逆變直流供電要求。

3.2、PLC控制系統(tǒng)升級

為了滿足變頻器的優(yōu)化控制，需要對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，同時實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的高效、精確定位控制功能。目前翻車機(jī)使用的是基于AB公司的PLC-5（1785-L80C15處理器）的控制系統(tǒng)，已不適應(yīng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的要求，升級改造為基于controlLogix的控制系統(tǒng)，以提高運行、通訊速度，提升翻車機(jī)系統(tǒng)效能，并使程序的可造性進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.2.1硬件升級方案：

（1）PLC主處理器及機(jī)架升級到最新的cotnrologix系列，DH+網(wǎng)絡(luò)升級為enthernet網(wǎng)絡(luò)，編碼器由高速計數(shù)采集方式升級為以太網(wǎng)通訊模式，遠(yuǎn)程機(jī)架通訊適配器升級到enthernet通訊模式，PLC與遠(yuǎn)程控制畫面采用enternet通訊。

（2）PLC機(jī)架采用PR0FIBUS與變頻器進(jìn)行通訊，原有相關(guān)硬件通訊的功能單元全部由PR0FIBUS通訊協(xié)議替代。

（3）對現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)本地機(jī)架的硬件進(jìn)行了更換，實現(xiàn)本地I/O模塊、通訊模塊的升級，所有模塊采用最新版本，改造后的PLC本地機(jī)架選擇17槽。

3.2.2軟件升級方案

將原有程序轉(zhuǎn)化成C0NTR0L0GIX5000的程序，并保持原有邏輯不變，標(biāo)簽及程序描述進(jìn)行了漢化。本地RSVIEW32監(jiān)控畫面升級到RSVIEWSTUDIO，取消PANELVIEW，將功能集成到RSVIEWSTUDIO，并且跟遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面兼容，解決遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面與新升級PLC的兼容通訊問題。

為變頻器配置通訊模塊并組態(tài)測試，通過編制變頻器控制程序?qū)崿F(xiàn)變頻器控制監(jiān)控功能。為實現(xiàn)變頻器的控制功能，對PLC進(jìn)行編程，不改變原有程序結(jié)構(gòu)的前提下實現(xiàn)變頻器的數(shù)據(jù)采集、變頻器速度控制以及斜坡控制，保證PLC正確可靠的控制變頻器。PLC和中控室間的以太網(wǎng)通訊選用赫斯曼交換機(jī)，PLC和遠(yuǎn)程IO之間采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。一路交換機(jī)與中控室及翻控室通訊，通訊模式為ETHERNET網(wǎng)絡(luò)。同時對遠(yuǎn)程FACTORYTALKVIEW終端站對應(yīng)標(biāo)簽進(jìn)行重新編制，將翻車機(jī)現(xiàn)場監(jiān)控終端更新為RSVIEWSTUDIO終端站，并實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊，從而實現(xiàn)終端功能的全部移植和功能優(yōu)化。

3.3、編碼器改造方案

翻車機(jī)需增加出口電機(jī)編碼器。因為現(xiàn)場翻車機(jī)系統(tǒng)存在大量煤塵，作業(yè)時振動較大，本次改造采用DEVICENET編碼器作為位置編碼器?？刂菩盘柾ㄟ^光纖直接連到編碼器上，減少中間環(huán)節(jié)。并且該編碼器的分辨率及精度足夠高，結(jié)合新一代PLC及DEVICENET模塊使用大大提高了編碼器的通訊速率，保證設(shè)備可靠的運行。

本次改造翻車機(jī)的定位車、推車機(jī)采取無編碼器控制模式。

4、工廠測試調(diào)試方案

由于此次改造包括PLC升級改造及變頻器網(wǎng)絡(luò)升級改造時間緊張，項目現(xiàn)場實施工期要求為10天。將相關(guān)調(diào)試工作大部分轉(zhuǎn)為線下工作，即提前在工廠調(diào)試完畢后進(jìn)行現(xiàn)場停機(jī)安裝。

變頻器柜工廠制造完成后，將升級后的PLC連接到變頻器上，測試新升級的程序。包括對變頻器的通訊及電機(jī)的控制模式進(jìn)行測試。利用兩臺與現(xiàn)場同型號的110kw電機(jī)、兩臺與現(xiàn)場同型號的200kw電機(jī)調(diào)試變頻器參數(shù)值。通過調(diào)試優(yōu)化變頻器主從控制方案，同時調(diào)試變頻器故障時可以保證電機(jī)可以有效停機(jī)。通過不斷優(yōu)化并修正變頻器參數(shù)值，減少了大量的現(xiàn)場調(diào)試工作，節(jié)省了有效工作時間。

5、現(xiàn)場安裝調(diào)試方案

5.1設(shè)備拆除安裝

安裝前準(zhǔn)備工作：對電氣室門、空調(diào)提前一天予以拆除。并將拆除電氣室內(nèi)電氣控制盤柜的工具、支架、搬運柜體用的手動液壓叉車等準(zhǔn)備就緒。同時對CD3電氣室的通風(fēng)管支架更改位置或予以拆除。拆除CD3電氣室內(nèi)的原電氣控制盤柜，以及安裝新的電控盤柜，并盡量保持新盤柜的排列位置不變，以免造成電纜短缺。

拆除及安裝電氣盤柜時，同時拆除原PLC柜內(nèi)的模塊及安裝新PLC模塊（原+E6，+E10柜重新制作，其它PLC柜體保留）。

對新增加安裝的編碼器進(jìn)行接線，并調(diào)試編碼器及對編碼器的位置進(jìn)行調(diào)整。

5.2設(shè)備調(diào)試

調(diào)試PLC通訊，調(diào)試PLC網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試PLC與中控室之間數(shù)據(jù)交換及連接;調(diào)試兩個+E6，+E10的現(xiàn)場連線，以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)通訊。

對各主設(shè)備的變頻器通電，并調(diào)試變頻器與PLC之間的通訊連接。

開始對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行空載測試。

空載測試完畢，即開始帶負(fù)荷進(jìn)行試車測試，以及后期跟進(jìn)維護(hù)。

6、結(jié)語

改造完成后，設(shè)備運行的穩(wěn)定性和作業(yè)效率得到了很大的提高，實現(xiàn)了翻車機(jī)33循環(huán)/小時。翻車機(jī)整體返回水平位置精度，控制在上下0.1度范圍。實現(xiàn)了良好的改造效果及經(jīng)濟(jì)效益。