混凝土攪拌站變頻提升系統(tǒng)性能優(yōu)化及改進

譚竹林, 劉一耀

(方圓集團海陽成套設(shè)備有限公司，山東 海陽 265100)

1 用戶反饋的問題

青島某商砼公司，其混凝土攪拌站型號HZS150，單繩斗提，變頻控制，變頻器及組件型號為日立RISJ300A，16Ω/24kW制動電阻箱。用戶反饋制動器剎車片出現(xiàn)重度磨損，有時破碎飛出；偶爾出現(xiàn)上升及下降過程中速度不切換、沖頂、料斗墩底等故障；生產(chǎn)效率較低，達不到用戶生產(chǎn)要求。

2 現(xiàn)場檢查及問題分析

1）提升過程、下降過程中PLC動作控制正常。通過現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置及實測電流分析可以確定變頻器檢出及停止頻率設(shè)置不合理，變頻器電氣參數(shù)與部件機械性能不匹配，降低了提升機構(gòu)的可靠性。明顯外部表象是提升和下降加速瞬間電流過大，易造成制動剎車片磨損嚴重。因此這種狀態(tài)只是低速運動區(qū)間機械電氣配合不合理，不至于造成剎車片破碎飛出，但需更改變頻器的工作參數(shù)予以完善。

2）剎車線圈的供電方式不合理。應(yīng)該直接從變頻器供電電源保護斷路器下端取AC380V電源供電。這樣的設(shè)計可以有效地保證剎車電源的供電一致性，提升電機在保護斷路器跳閘后，剎車能夠快速動作，有效地防止料斗下滑，防止發(fā)生二次事故。現(xiàn)場接線方式達不到設(shè)計要求，存在嚴重安全隱患。在正常工作中，如水泥螺旋保護空開因超載等出現(xiàn)跳閘或其它原因斷開后，提升電機若正好處于高速運動中，此時如剎車電源出現(xiàn)斷電，提升電機剎車系統(tǒng)會根據(jù)機械結(jié)構(gòu)強制剎車，強大的剎車力導致剎車片受力高溫破碎，高速離心飛出，特別是滿負荷帶載高速運行會給人身安全造成傷害，導致更嚴重的安全事故，所幸當時現(xiàn)場無工作人員，未造成更嚴重的傷害。此問題是造成剎車片破碎及飛出的根本原因。

3）增強參數(shù)設(shè)置提高效率。通過對現(xiàn)場運行電流、變頻器運行參數(shù)及制動電阻功率的計算可以看到，此變頻器及機械硬件設(shè)計余量充足，具備更高強度的安全運行條件，通過參數(shù)優(yōu)化具有進一步提高攪拌站的生產(chǎn)效率的潛力。

4）各限位信號未做電磁屏蔽，控制信號易被干擾造成無動作。

5）減速限位安裝位置不合理，信號間隔過小，易出現(xiàn)信號采集丟幀現(xiàn)象。

3 性能優(yōu)化及改進

通過對以上問題的情況分析，綜合機械、電氣實際可以看出，該用戶所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象需要從產(chǎn)品設(shè)計到安裝調(diào)試到參數(shù)配合等因素綜合改進，結(jié)合現(xiàn)場實際從以下幾個方面予以解決。

3.1 更改剎車線圈的供電線路

更改剎車線圈前后的供電線路如圖1、圖2所示。

圖1 改造前的供電線路示意圖

圖2 改造后的供電線路示意圖

3.2 全面優(yōu)化變頻器參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場電氣硬件及機械情況，將提升加速控制參數(shù)由20Hz改為35Hz，加速特性完全由變頻器的智能控制來完成，最高速提升頻率為60Hz，總加速時間為5s；根據(jù)現(xiàn)場上減速限位的位置20Hz調(diào)整減速頻率為30Hz，減速時間為5s，保證上限位信號有效并且第二重上限位不啟動，起到上限位的二重保護作用。下降加速控制參數(shù)改為下降加速二速頻率為50Hz，加速特性完全由變頻器的智能控制來完成，最高速下降頻率為80Hz，總加速時間為4s；根據(jù)現(xiàn)場下減速限位的位置調(diào)整減速頻率20Hz為35Hz，減速時間為3s，保證下限位信號有效并且二重下限位不啟動，起到下限位的二重保護作用。為保證安全，現(xiàn)場調(diào)試時分階段逐步調(diào)整參數(shù)，根據(jù)實際情況不斷修正。

3.3 升級信號及控制線纜

采用專用屏蔽線替換原各限位信號傳輸線及PLC與變頻器之間信號控制線，重新將各屏蔽線和變頻器分別可靠接地，確保控制及信號線路不受干擾。

3.4 調(diào)節(jié)改進上減速限位、下減速限位間距

采用機械位置可調(diào)節(jié)的安裝方式，現(xiàn)場調(diào)節(jié)。將兩信號的采集間隔時間進行調(diào)整（大于0.5s），保證上減速限位、下減速限位的可靠有效地傳送給PLC。

4 優(yōu)化改進后的調(diào)試

檢查核實變頻器提升系統(tǒng)接線。

1）空載試驗 在完成參數(shù)設(shè)置和配線之后首先開始空載試驗，驗證PLC是否可以正常控制變頻器。

2）加載試驗 按照從輕到重的原則首先選擇3t負載，上升高速60Hz，負載下降高速40Hz，避免發(fā)電過快導致過壓保護。在陡坡段多次停機再起動，正常。從電流波形上看，在開閘時需要有足夠力矩，此時電流會大些，運行中是比較正常的。

3）滿載試驗 負載為6t，進行滿載試驗，從緩坡起動再切換到陡坡段工作正常。為了驗證安全性，反復多次在陡坡段停機再起動，均正常工作未出現(xiàn)負載下滑現(xiàn)象。中途上升電流最大為90A，平穩(wěn)后電流為60A，中途下放電流最大值為85A左右，平穩(wěn)后電流為45A左右。如果正常帶載從底部開始測試，上升最大電流為90A左右，平穩(wěn)后60A左右，下降空載最大90A左右，平穩(wěn)后25A左右，電流表現(xiàn)正常。

4）超載試驗 負載6.5t，在陡坡上起動，停機，再起動多次未發(fā)現(xiàn)問題。但在多次快速停機再起動即所謂點動時，會偶爾出現(xiàn)負載下滑現(xiàn)象。通過增大速度環(huán)參數(shù)F813/F814/F816，增大Fd05開閘頻率和Fd07開閘電流，以及變頻器重新學習電機參數(shù)等方法徹底解決下滑問題。修改后，反復多次試驗均未出現(xiàn)問題。優(yōu)化后正常工作輸出頻率如圖3、圖4所示。

圖3 提升過程時間與頻率關(guān)系圖

圖4 下降過程時間與頻率關(guān)系圖

5 驗收結(jié)果

通過對電路及硬件的更改及參數(shù)的優(yōu)化調(diào)試后，現(xiàn)場驗收結(jié)果如下：①困擾用戶多時的制動器剎車片重度磨損，及剎車片破碎飛出故障完全消除；②變頻提升系統(tǒng)控制穩(wěn)定，未再出現(xiàn)料斗提升下降過程中不換速、沖頂、墩底現(xiàn)象；③攪拌站整個提升環(huán)節(jié)上升時間為32s,下降時間為25s，分別較參數(shù)調(diào)整前節(jié)省了12s和5s，整站生產(chǎn)效率顯著提升。

6 結(jié) 語

變頻器作為一種高集成度組件及高可靠性低壓電器，在解決原電氣系統(tǒng)接線復雜問題，減少提升系統(tǒng)故障率的同時，其整體性能的發(fā)揮涉及PLC與變頻器和提升機構(gòu)檢測設(shè)備的配合，每一個環(huán)節(jié)都需要引起足夠的重視。以上成功實踐是攪拌站變頻提升技術(shù)應(yīng)用中的典型代表，希望對行業(yè)的發(fā)展有借鑒意義。