橋式抓斗吊車電氣驅動系統改造

李 波

攀鋼發電廠 四川攀枝花市

一、存在的問題

發電廠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2臺11kW繞線式交流電機傳動，采用聯動控制臺直接啟動和轉子串電阻調速。由于工作環境惡劣，粉塵對電機滑環、碳刷及觸點損壞較快，加上任務重，操作頻繁，沖擊電流大，觸頭損壞嚴重，碳刷冒火，電機及轉子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時有發生，嚴重影響生產。轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時，轉速也變化，調速效果差，所串電阻長期發熱，電能浪費大，效率低，同時大車電機由于串電阻調速是有級調速，在換擋調速過程中沖擊電流大，經常發生聯動臺觸點燒壞，電機缺相運行從而頻繁燒壞電機，嚴重影響了配煤生產需要，每年更換損壞件所花的設備費用和人工費用相當大。

二、主要技術方案與設備選型

1.主要技術方案

大車采用PLC與變頻器控制方式，利用大車繞線式異步交流電機，轉子回路短接，拆除大車轉子回路電阻。大車聯動臺為單手柄操作，為照顧操作習慣，大車的啟、停和轉速控制仍采用原來的單手柄聯動臺。利用聯動臺的啟、停和5對調速觸頭接入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速。電機加減速的時間通過變頻器的設定來進行改變。控制抱閘，保證電機軸停止時抱閘才抱住，既不提前、也不延后。將大車兩側限位保護開關以及大車兩側門開關、駕駛室門開關、倉門蓋板開關、零位保護、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。

變頻調速以其體積小、通用性強、動態響應快、工作效率高、保護功能完善、可靠性好、使用方便等卓越性能而優于以往的任何調速方式。電機主電路實現了無觸點化，完善的保護性能，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.設備選型

（1）PLC的選擇。橋式抓斗工作環境粉塵多以及在運行過程中振動大，PLC的防護等級要高。選用西門子S7-200系列一體式PLC，按設定的控制程序、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）大車變頻調速器。在橋抓上應用變頻器，因為其特定的工況要求及特殊的負載特性，也就決定了如何使用變頻調速裝置的型號、功率、保護等技術參數的合理配置，必然要結合現場生產設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，當變頻器有0.5Hz輸出時即有150%以上的高啟動轉矩，保證啟動及低速運轉時的電機力矩，可在10∶1的速度范圍內（5～50Hz）以100%轉矩連續運行。

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。通過變頻器調速系統的制動單元把運動中的大車速度迅速而準確地停止，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，所以選用比電機功率高一級的變頻器。因此，選用ABB公司生產的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、防雨水的結構設計，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。控制柜內各元件間必須留有足夠的安裝空間,以備更換柜內元件，柜內配線滿足系統設計的要求。

三、實施過程

1.施工內容

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

（2）為保持現有操作習慣，仍采用原來的單手柄聯動控制臺，大車操作機構有各種擋位控制。

（3）大車電機采用變頻調速控制后，利用大車電機，并將轉子回路全部短接。

2.系統調試

通電前，對整車所有連線進行檢查，測試絕緣正常，確保無接錯線路。通電進行啟動、停止及急停試車。將實現編好的PLC程序下載到PLC中，然后空操作，試驗PLC輸入是否正常。變頻器通電，并將變頻器參數設定好，然后空載調試變頻器，直至調試正常。將變頻器與電機連接好（電機不帶接手），試驗變頻器及電機工作情況，直至調試正常。將電機接手連接好，空載試車，試驗大車速度情況及限位開關是否準確有效。負載試車，試驗橋抓抓煤時大車擋位是否正常、快捷，制動是否正常。滿載運行時，變頻器是否工作正常，大車電機有、無發燙等現象。以上試驗完成后，再反復運行幾個周期，試驗各個機構工作是否正確、協調。

四、改造效果

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

（2）通過該項目的成功實施，保證了大車電機的長壽命周期運行，提高了整臺橋抓的可靠性，滿足了發電配煤需要，滿足連續配煤的生產工藝要求，滿足燃料配送的穩定性。減少了備件消耗費用和維護維修費用，創造了良好的經濟效益和社會效益。

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

2 曾允文.變頻調速技術基礎教程編程序[M].北京機械工業出版社,2009