淺析門式起重機電氣控制系統(tǒng)的改造

        2號帶斗門式起重機（SU2，500Uh）電控采用繞線式異步電機轉子串電阻調速。因調速電阻發(fā)熱嚴重，導致環(huán)境溫度迅速上升，綜合性能指標差，效率低；異步電機集電環(huán)和電刷，要求定期維護；大量的繼電器、接觸器的故障頻繁，維護量大；電氣制動采用渦流電機制動，動態(tài)性能差、耗能高?？删幊炭刂破鳛槿樟?0世紀80年代的產品，只能處理開關量，掃描時間長，為此，決定對該設備進行升級改造。
一、帶斗門機的運行特點
1．門機在啟動時，啟動轉矩）150％額定轉矩。
2．當抓斗下降時，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側回饋。
3．在抓斗滿載突然打開和由空載挖煤時，負載會急劇變化。
4．電氣制動與機械制動之間切換不能平滑完成，時有墜斗現(xiàn)象。
5．變幅機構的變幅巴桿嘴在35m處和9m處能準確停止，在8m處能緊急停止。
6．通過觸點式手柄完成調速電阻切換，切換時電機電流突變，沖擊較大。
二、改造配置
        根據門機的運行待點，同時為了滿足門機高啟動轉矩、低速滿轉矩、快速的轉矩上升時間和抱閘順序控制功能的要求，選擇ABB的ACS600系列直接轉矩控制變頻器，為與其匹配選擇ABBAC80(Advance controller)PLC，組成一個多傳動控制系統(tǒng)。
1. AC80可編程控制器
AC80 PLC是專為傳動設計的，其CPU是16位模式的MC68360處理器，工作頻率25MHz，負責整個系統(tǒng)的邏輯控制、開關量處理、數(shù)據通信等。通過電氣Module Bus與I/0模塊通信，也能通過DRIVEBUS傳動總線）控制最多達12個傳動機構。用戶使用Function Chart Builde：軟件（以下簡稱FCB）對AC80進行編程，AC80程序包括PC部分（程序部分）和DB部分（數(shù)據庫部分）。
2.NDBU-85總線適配器
總線適配器與AC80和各傳動機構之間通過光纜組成星形網絡結構，用戶可以通過適配器上的撥碼開關設定各傳動點在適配器上的通道號和數(shù)據傳輸速率，傳輸速率可達4Mbit/s。
3.ACS600晶閘管供電單元（TSU）
如圖2所示，晶閘管供電單元主要是兩個六脈波晶閘管橋組成。正橋將三相交流電轉換成直流電，然后通過中間的直流環(huán)節(jié)將電能輸送給傳動部分（逆變器）。無論何時需要將多余的電機制動能量反饋回給電網時反橋就會將直流電轉換成交流電。
4.ACS600逆變器
ACS600逆變器是通過交流電機定子磁通來直接控制電機的轉矩。如圖3所示，根據電機定子磁通和轉矩的計算值來實現(xiàn)功率器件的開關控制，采用了高性能的數(shù)字信號處理器（DSP），可快速實現(xiàn)功率器件開關信號的選擇。用戶通過Drive window軟件和CDP312控制盤對逆變器進行調試、參數(shù)設置及故障跟蹤等。逆變器將直流電根據AC80的控制指令轉換成交流電輸出到電機，在抓斗下降過程中將電機制動產生的能量整流成直流送回直流母排回饋給供電單元。
為了保證準確定位變幅距離，在原來凸輪限位的基礎上加裝了絕對值編碼器和光電感應開關，保證該機構安全穩(wěn)定運行。
三、調試方法
調試主要步驟如下：
1．將PC機通過RS-232接口與PLC上的Service口連接。采用FCB軟件定義PLC的UO地址，根據門機的運行特性和控制工藝編寫控制程序；編寫好的程序存儲在PLC的FPROM內，PLC再將程序從FPROM中讀至RAM中運行。
2．設定各傳動機構在PLC中的地址。在程序的DB部分用DRB00模塊定義傳動點在DRIVEBUS上的地址，最多可以定義12個地址。
3．逆變器參數(shù)的設定。在電機投入運行之前需要對它進行識別運行，識別運行完成后，變頻器根據識別的參數(shù)建立電機的數(shù)字模型，并根據模型對電機進行控制。
四、改造效果
改造后的門機有以下特點：
1．電動機機械特性變硬，定位精確，提高了卸船效率。
2．運行，啟、制動平穩(wěn)，加、減速時沖擊減小，安全性提高，延長了機械的使用壽命。
3．拆除渦流制動裝置，電氣制動由變頻器實現(xiàn)，降低了能耗，同時也減少了維護量。
4．機械制動在電機速度接近零速時投入，所以機械剎車的制動片壽命大大延長。
5．將原來的繞線異步電機的調速電阻拆除；短接集電環(huán)改作鼠籠電機使用，節(jié)約了更換電機的成本。
6．減少大量交流接觸器，實現(xiàn)無級調速。
7．結合PLC及變頻器自身的保護、檢測、故障報警等強大的功能，提高電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
       經過現(xiàn)場分別檢測SU2的變幅、起升、開閉的穩(wěn)定性，抓斗額定負荷16t，設定超負荷能力為120%，當負荷達到110%×l6t時報警，達到 118%×l6t一擋起升1.5s停止起升，抓斗超負荷保護實現(xiàn)準確數(shù)字化。在抓斗滿負荷三擋起升下降時能準確停止，無墜斗現(xiàn)象。抓斗、變幅加速減速平穩(wěn)，基本實現(xiàn)無級調速。變幅鶴嘴準確停止在9m，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8m造成的故障維修。
        經過現(xiàn)場實驗方法分別檢測SU2的變幅、起升、開閉的穩(wěn)定性，抓斗超負荷保護實現(xiàn)準確數(shù)字化。在抓斗滿負荷三檔起升下降時能準確停止，無墜斗現(xiàn)象。抓斗、變幅加速減速平穩(wěn)，基本實現(xiàn)無級調速。變幅鶴嘴準確停止在9m，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8m造成的故障維修。改造后實現(xiàn)能量回饋，比原來系統(tǒng)省電30%。改造前的系統(tǒng)需要每個季度更換一次主接觸器和輔助接觸器的觸頭，這些觸頭費用昂貴并且安裝時消耗大量人力，維護花費達到30000元/月。改造后只需要對變頻器定期清理維護，節(jié)省了維護成本，經統(tǒng)計每個季度可節(jié)省成本12萬多元。      

         比較徹底地改變這三大機構由于控制方式上的缺陷，引發(fā)故障率高，能耗高的技術難題。