2300XP電鏟電控系統的國產化數字化改造

張小良,張自麟,葛永紅

(1.江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224; 2.江西銅業集團公司德興銅礦材料設備部,江西貴溪 335424)

2300XP電鏟電控系統的國產化數字化改造

張小良1,張自麟1,葛永紅2

(1.江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224; 2.江西銅業集團公司德興銅礦材料設備部,江西貴溪 335424)

本文針對2300XP電鏟電控系統原設計中存在的問題進行分析,闡述了德興銅礦電鏟國產化數字化電控系統成功改造的實例及引發的思考。

2300XP電鏟;電控系統;國產化數字化改造;思考

1 引言

2300XP型挖掘機(以下簡稱電鏟)是江西銅業集團公司德興銅礦的核心采礦設備,在上世紀八十年代末從美國P&H公司引進,價格昂貴,鏟斗容積為16.8m3。電鏟動力來源為電力,通過電鏟上電氣傳動系統完成電鏟的行走、提升、回轉和推壓作業,整個電鏟供電容量大于1.5MVA,單臺傳動系統最大直流工作電流達1800A。電鏟工作環境惡劣,振動和粉塵大,對系統可靠性的要求很高;受當時技術水平的限制,該型號電鏟在設計上存在許多不完善的地方,隨著運行時間的增加,暴露出的技術問題愈發凸顯。本文針對原設計中存在的問題進行分析,闡述了采用全數字控制進行國產化改造的方案和實際應用效果以及帶來的意義。

2 原電控系統的組成及不足

2.1 原電控系統組成

電鏟電氣及控制系統從功能模塊分類,可以分為電氣配電系統、直流調速傳動系統、輔助系統、諧波抑制及無功補償系統、邏輯控制系統及人機接口系統六個部分,其功能關系如圖1所示。

圖1 2300XP型電鏟電氣控制系統示意框圖

2.2 系統存在的問題

(1)可靠性差。電鏟原系統采用模擬器件構成,插接板的數量多達40塊,插接板與插接板之間、插接板與外部的接線復雜,抗干擾能力差;而且模擬器件參數漂移,易導致插接板失效或誤動作,以上都將會降低電控系統的可靠性。特別是電鏟處于振動和粉塵大的環境工作,在投入使用了較長時間以后,電氣系統故障率增高,嚴重影響電鏟的使用效率。

(2)控制系統簡單。電鏟原系統的邏輯控制功能,包括工作模式轉換、不同調速機構協調控制以及故障停機等順序控制功能完全由分立的繼電器搭成,對應執行部件位于主控柜的后部,控制線路煩瑣,整定復雜,邏輯控制功能少,保護功能單一。當存在故障時,僅從人機界面指示燈很難快速查找到故障點,排查故障難度大。

(3)維修成本高。系統可靠性低,故障率高,排查故障難度大,系統維護和升級一直采用國外的備件,備件供應周期長且價格昂貴,增加了儲備資金占用和設備的運行成本。

3 系統改造實踐

3.1 改造方案設想

基于以上分析,2300XP型電鏟原電控系統設計要求已難以滿足德興銅礦生產的需要。如何提高電氣控制系統的可靠性,降低設備維護費用,提高電鏟的使用效率,尋求一種安全連續、穩定可靠的電氣控制系統成了當務之急。

數字化控制系統是目前世界上最先進的集散系統,元器件集成度高,數字調速故障率低,光纖通信簡潔。美國PH公司為代表的大型采掘設備生產商在斗容量20立以上的大型挖掘機上最先采用了全數字可控硅直流供電調速系統[1]。2008年,經江銅集團德興銅礦、材料設備公司、科研院所經過反復的技術研討,并征得股份公司生產和計劃部門的同意,確定了在8#電鏟采用數字化控制系統改造電鏟原模擬控制系統的方案。

3.2 改造方案內容

當前科學技術突飛猛進,PLC技術為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用[2]。因此,改造方案采用全數字直流調速系統,無功補償及系統邏輯控制采用PLC集成控制,電氣柜之間采用現場總線和以太網連接來提高信號傳輸可靠性,加裝人機界面綜合顯示計算機,增加系統故障在線監測和保護功能。

與原電控系統相比,改造方案進行了以下設計: (1)仍然采用直流調速傳動系統,保留原主功率配電部分,修改輔助配電部分;

(2)更換變流柜功率組件、觸發組件,開發對應的國產化專用組件;

(3)重新設計RPC柜觸發組件,替換原有觸發組件;

(4)重新設計調速傳動控制系統,電樞控制和勵磁控制采用數字化控制器替換原有模擬控制線路,核心控制器采用西門子6RA70系列控器,對外圍接口進行修改開發;

(5)重新設計RPC柜TSC投切控制線路,自行研制數字化投切同步及脈沖觸發電路;

(6)增加RPC柜數字化遠程控制箱,增加輔助柜數字化遠程控制箱,增加駕駛室數字化遠程控制箱;

(7)增加駕駛室系統運行狀態綜合顯示電腦;

(8)整體去掉原主控柜,重新設計主控柜,包含系統控制PLC、數字化調速控制器、觸摸屏上位調試電腦、系統控制電源綜合管理(包括UPS掉電保護)、不同電氣柜的現場總線通信以及到駕駛室的以太網通信控制。

3.3 改造后電氣系統組成

包括研制替換或新增的部件,以及原有保留的主要電氣部件,有以下幾部分:

(1)高壓開關柜;

(2)主變壓器;

(3)抑制柜;

(4)RPC柜(諧波抑制與無功補償柜);

(5)RPC柜遠程控制箱;

(6)晶閘管變流柜;

(7)主回路切換柜;

(8)七臺挖掘直流電動機;

(9)主控柜;

(10)輔助變壓器;

(11)輔助風機、開斗電機、空氣壓縮機(簡稱空壓機);

(12)輔助柜;

(13)潤滑柜;

(14)駕駛室控制臺(含駕駛室遠程控制箱、駕駛室觸摸屏)。

其系統組成結構如圖2所示,其中深色部分為新方案中新增或替換原有設備而重新設計的設備。

圖2 改造后電鏟電氣控制系統組成框圖

3.4 改造后電氣系統優點

(1)改造后的系統改用全數字直流調速系統,系統邏輯控制采用PLC集成控制,使得電流、轉速控制更準確、更靈活[3],滿足設備控制要求,特性優于原控制系統;

(2)替換了無功功率補償系統檢測單元及RPC柜的投切單元,提高了無功功率補償的準確性,同時采用循環投切方式,延長了使用壽命;

(3)采用PLC集成控制后,電氣柜之間采用現場總線和以太網進行通信和少量的線路進行信號傳輸,簡化了線路,提高了信號傳輸可靠性;

(4)改造后的系統加裝了友好的中文人機界面,不僅能對整個系統運行狀態進行實時監控,還可根據報警消息進行快速診斷,幫助維護人員排除故障、提高維修效率。

(5)新系統去掉了價格昂貴的模擬電路板,分流保護板、壓差保護板、晶閘管組件、阻容吸收電路等備件實現了國產化,變流柜內功率組件型號普遍通用,減少了部件種類,降低了備件庫存。

4 改造后運行效果

2009年3 月研制出的國產化數字化控制系統首先應用于德興銅礦8#2300XP電鏟,連續一年多的穩定運行標志著電鏟電控系統改造取得圓滿成功。改造后的電氣系統解決了原系統存在的問題,完全實現了電鏟的行走、提升、回轉和推壓功能;并從根本上提高了電鏟的可靠性、可操作性和可維護性,實現了系統國產化改造,有效降低了備件采購成本和設備維護成本。改造后的電氣系統總體性能已經達到國外新一代型號2300XPA型電鏟的水平,代表著國內同行業自控領域領先水平,該系統的成功應用,將產生巨大的經濟效益和社會效益。

引進設備的許多關鍵備件制造難、購買難。

5 引發的思考

德興銅礦是公司主干礦山,大多數生產設備是從國外引進的,這些進口設備在礦山生產中發揮著重要的作用,同樣為確保礦山進口設備的穩定運行,需要花費大量的外匯去購買進口備件。引進設備的許多關鍵備件制造難、購買難[4],進口備件價格高且漲幅大,備件供應周期長且不穩定,存在備件供應難度大,采購成本高,儲備資金占用大等不利因素。因此,如何盡快消化和吸收國內外先進設備和技術,實施進口設備備件國產化,有效降低設備運行成本,一直是德興銅礦設備管理工作的一個重要課題。

近幾年,公司大力推進國產化工作,積極倡導觀念的轉變,這是國內民族工業發展的必然趨勢,也是礦山自主創新、有效降低采購成本、提高采購效率、保障供應和正常生產的迫切需要。8#2300XP電鏟電控系統國產化數字化改造的成功運用,正是德興銅礦積極穩妥推進設備備件國產化工作的一個縮影。隨著國內技術裝備水平和研發能力的不斷提高,必將會給礦山進一步推進國產化工作帶來更多的契機,江銅的備件國產化工作也將會取得新的更大成績。

REFERENCES

[1] 高良廣.露天采掘設備電控系統及其發展趨勢.遼寧科技學院學報,2007,(2).

[2] 鄒丹丹.淺析PLC的應用與發展.中國新技術新產品,2009,(14).

[3] 范建忠,劉愛琴,吳延偉.PLC在電氣自動化中的應用現狀與發展前景.科技資訊,2009,(32).

[4] 梁志華.進口設備維修與備件國產化的實踐.中國設備工程, 2005,(05).

Alteration of 2300XP Electric Shovel Control System Domestic D igitalization

ZHANG Xiao-liang1,ZHANG Zhi-lin1,GE Yong-hong2
(1.Dexing CopperMine of JCC,Dexing,Jiangxi,334224; 2.Materials&EquipmentDept.,ofDexing CopperMine of JCC,Guixi,Jiangxi,335424)

Some problems existed in electrical control system of 2300XP electric shovel design is introduced,and the successful alteration example of electric shovel control system domestic digitalization and correlative consideration are stated in this article.

2300XP electric shovel;electric control system;alteration of domestic digitalization;consideration

T M921

:B

:1009-3842(2010)03-0082-03

2010-07-12

張小良(1974-),男,漢族,江西上饒人,機械工程師,研究方向為設備管理工作,E-mail:zxl1992@vip.sina.com