集裝箱式軌道吊電控系統(tǒng)的分步升級(jí)研究

胡威

舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司 浙江 舟山 316000

1 選題背景

1#-12#軌道吊是諾爾起重機(jī)械有限公司為我司制造的第一批訂單到港堆場(chǎng)軌道吊設(shè)備，采用西門子6SE70系列變頻器產(chǎn)品，部分軌道吊設(shè)備已投用10年。

目前西門子6SE70系列變頻器全面停產(chǎn)，后續(xù)備件采購(gòu)或?yàn)槎ㄖ品绞綄⒋蟠笱娱L(zhǎng)采購(gòu)周期，且采購(gòu)成本將會(huì)成倍增加，在備件緊缺的狀況下，設(shè)備可能會(huì)存在停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

考慮1#-12#軌道吊大部分已投用十年，設(shè)備電控系統(tǒng)產(chǎn)品將進(jìn)入生命周期尾期，且后續(xù)故障將會(huì)大大增加，備件難以采購(gòu)，我司遂決定開展軌道吊電控系統(tǒng)改造項(xiàng)目[1]。

2 器件選型

在變頻系統(tǒng)改造前，我司經(jīng)過(guò)多次考察比較，并結(jié)合我司目前現(xiàn)狀，選擇使用西門子SINAMICS S120系列變頻器來(lái)替代西門子6SE70系列變頻器，我司變頻系統(tǒng)改造采用不改造方式，同種系統(tǒng)新、舊產(chǎn)品通信對(duì)接比不同品牌混合較為穩(wěn)定。

同時(shí)西門子SINAMICS S120系列變頻器還具有以下優(yōu)勢(shì)，為我司后續(xù)改造創(chuàng)造良好的條件。①允許不同功率等級(jí)與控制性能的單元自由組合，所有系統(tǒng)組件之間都具有高度的兼容性，同時(shí)還可通過(guò)簡(jiǎn)單并聯(lián)就可實(shí)現(xiàn)功率的增容；②上位通訊支持標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線或新一代高速工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)PROFINET，可以方便地集成到碼頭IT環(huán)境；③一個(gè)控制單元（CU模塊）就可同時(shí)控制多達(dá)四臺(tái)逆變和一臺(tái)整流，所需數(shù)據(jù)都保存在控制單元中，在控制單元內(nèi)就能建立軸間連接和控制，保證系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行；④全新的IGBT整流 ——SLM，在實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的基礎(chǔ)上，成功避免了換流故障，又免除了傳統(tǒng)晶閘管正反橋整流/回饋所需的自耦變壓器，大大提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性；⑤整流回饋均采用IGBT元件，產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的直流母線電壓，功率因數(shù)可達(dá)到1，帶有閉環(huán)矢量控制。

另外，一方面我司13#-16#軌道吊均采用的是西門子SINAMICS S120產(chǎn)品，考慮到碼頭產(chǎn)品的通用性，選擇西門子S120產(chǎn)品有利于我司庫(kù)存的控制和成本的節(jié)約。另一方面，我司維修人員對(duì)西門子系統(tǒng)較為熟悉，在維修點(diǎn)檢方面效率要高于其他品牌系統(tǒng)[2]。

3 改造流程

3.1 方案設(shè)計(jì)

考慮到我司西門子6SE70系列變頻器使用較多，而且我司的現(xiàn)狀是目前處于成長(zhǎng)期，設(shè)備較少。整臺(tái)變頻器系統(tǒng)改造不僅周期較長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)會(huì)產(chǎn)生一定影響，而且整體改造費(fèi)用較大。在這種前提下，我司開始調(diào)研變頻器分步改造的可能性，即整流回饋單元采用西門子6SE70系列，主機(jī)構(gòu)逆變器采用西門子S120系列模式。經(jīng)過(guò)一系列前期調(diào)研工作，這種模式是可行的。

本項(xiàng)目主要將9#軌道吊所配置的起升、大車、小車三大主機(jī)構(gòu)西門子6SE70系列變頻驅(qū)動(dòng)部分升級(jí)為西門子S120系列驅(qū)動(dòng)，修改相應(yīng)參數(shù)、CMS系統(tǒng)并對(duì)涉及的設(shè)備程序、故障顯示屏軟件變量接口內(nèi)容及CMS系統(tǒng)軟件接口內(nèi)容的修改，PLC系統(tǒng)保持不變。

考慮到原來(lái)AFE系統(tǒng)還保留及電氣房空間位置較小，新裝變頻系統(tǒng)采用共直流母線形式，且安裝在原電氣控制屏變頻器位置上。

3.2 安裝調(diào)試

在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)備改造之前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際改造內(nèi)容和改造設(shè)備勘察測(cè)量，制定出合理的改造方案，并確保施工現(xiàn)場(chǎng)的布置滿足安全施工的基本要求。

3.2.1 安裝完成后電氣檢查。在完成舊變頻系統(tǒng)拆除和新變頻系統(tǒng)安裝工作后，送電之前必須進(jìn)行送電前安全檢查。

主要檢查項(xiàng)目有確認(rèn)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可靠接地，確認(rèn)電氣布線已按圖紙要求進(jìn)行正確安裝，確認(rèn)增加的開關(guān)、儀表和指示燈電氣接線均已校驗(yàn)合格，確認(rèn)各電機(jī)的絕緣性是否良好， 檢查變頻器的輸入輸出接線，檢查確認(rèn)主電源電壓均正常。

3.2.2 設(shè)備調(diào)試。進(jìn)入設(shè)備調(diào)試階段，送電檢查逆變器前側(cè)直流母線電壓，依次進(jìn)行起升電機(jī)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和靜態(tài)優(yōu)化，小車和大車電機(jī)的靜態(tài)優(yōu)化，并確認(rèn)各個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果設(shè)定變頻器相應(yīng)的參數(shù)。

將各個(gè)電機(jī)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，通電調(diào)試各個(gè)機(jī)構(gòu)，低速運(yùn)行重復(fù)試車，確認(rèn)操作手柄和電機(jī)轉(zhuǎn)向的一致性，檢查電動(dòng)機(jī)和減速箱的運(yùn)行震動(dòng)發(fā)熱情況，并進(jìn)行設(shè)備的重載和空載測(cè)試，并記載相應(yīng)的變頻器運(yùn)行曲線圖。

在各機(jī)構(gòu)調(diào)試滿足要求后，必須進(jìn)行功能試車和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試車。主要檢測(cè)電機(jī)、變頻器的溫升，各機(jī)構(gòu)元件的工作可靠性，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 項(xiàng)目小結(jié)

國(guó)內(nèi)變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體升級(jí)改造項(xiàng)目較多，但是只改整流回饋單元或者主機(jī)構(gòu)逆變系統(tǒng)項(xiàng)目不多，通過(guò)此項(xiàng)目，我司不僅積累了變頻驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目分步改造成功的經(jīng)驗(yàn)，縮減改造周期和成本，大大降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的影響，同時(shí)改造下來(lái)的部位可以繼續(xù)作為備件使用，避免現(xiàn)階段陷入備件難以采購(gòu)的困境，也節(jié)約備用采購(gòu)的成本。