針對WK-35挖掘機變頻系統改造設計

張 宇

（1.太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024； 2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室，山西 太原 030024）

WK-35大型礦用挖掘機是太原重工股份有限公司（全文簡稱太重）自主研發的交流變頻露天礦機械采掘設備，在2012年之前出廠的該型號設備主機構變頻控制采用的是西門子6ES70變頻控制系統。伴隨著WK系列挖掘機技術進步的腳步，趁著西門子變頻系統的升級換代，太重在2012年開始大規模使用西門子全新一代模塊化的變頻控制系統——S120系統，并隨之推出了新一代WK-35挖掘機[1]。

在2018年初與神寶礦業現場技術交流中，太重得知神寶礦業在2018年度將對其2011年之前投入使用的1臺WK-35挖掘機進行大修維護。基于WK-35挖掘機變頻器應用技術的發展、S120系統的產品優勢和太重強大的技術力量，老舊設備升級改造為S120將是必然的趨勢。

1 WK-35挖掘機電氣變頻控制的技術發展趨勢和改造設計

1.1 WK電鏟變頻器應用技術的發展

1.1.1 新一代S120產品的應用和技術發展

從2012年起，太重最新制造的WK系列所有交流變頻電鏟配套的變頻器裝置全面開始使用西門子S120系統，至今使用S120的WK系列產品累計銷售共計50余臺，其中WK-35共計10臺（南非和俄羅斯出口項目5臺），全部良好運行。

基于使用新一代S120變頻器的技術特點，太重在變頻器排布工藝上進一步優化，將弱電控制單元獨立為單一的控制柜體，極大地降低了系統的電磁干擾、粉塵干擾、高溫影響，給產品的控制系統帶來了較大的升級。經統計使用新一代S120產品后，針對變頻系統的維護工作降低40%，故障率降低50%。

1.1.2 新系統的技術優勢在老產品的應用

基于產品更強大的功能，太重研發新的控制軟件，使得設備控制更精準，對機械設備的沖擊小，改善了設備運行工況。例如神寶礦業2012年之后投入的基于新一代S120變頻系統的2臺挖掘機，在其使用中明顯能感受到新控制軟件設計帶來的產品性能提升。

1.2 S120產品的技術特點和產品優勢

西門子S120系列變頻器是6SE70系列變頻器的升級換代產品。西門子6SE70系統已經在2012年正式退市，針對該系列整機變頻器裝置已經完全停產。

1.2.1 S120技術優勢

西門子S120系統的元件模塊化成度高，整體結構設計也比S70系統更加合理，并且標配帶防腐涂層。對惡劣環境特別是高濕度、高溫度和高粉塵的耐受能力增強，將更加適應貴部等露天礦的使用環境。

1）元器件性能。西門子S120系統核心元器件耐壓等級更高（由S70系統的DC1700V提升至DC2200V），絕緣性更好，極少發生過由于系統原因的“炸機”故障；（從神寶礦業多年的使用情況來看，出現過的多起“炸機”故障均發生在S70系統）。

2）散熱效率。西門子S120系統通風散熱效率更高。由原來的1臺風機采用上抽式散熱，升級為3臺風機采用上吹式散熱，風機出風口直接對POWERBLOCK的散熱片送風,散熱效率提高300%；而且由于風機的電機和軸承都處于冷端，所以風機壽命也遠長于S70系列。

3）維修效率。S70系統處理故障通常需要更換多個元件，更換備件的時間平均在4 h以上；而模塊化成度較高的S120系統則只需兩名維護人員在半小時即可完成備件的更換。因此在發生故障后對生產的影響減小，直接提高了設備出勤率。

設備的顯示屏具有漢語顯示，極大地提高現場人員了解設備運行數據和處理設備故障的能力。

1.2.2 發展趨勢和備件優勢

隨著西門子S7O系統整機的停產，其備件也將逐步計劃停產。今后市場上6SE70配件的質量、價格和貨期都難以保證。長遠來看，對S70系統進行升級改造勢在必行。

備件儲備優勢，基于S120的模塊化特點，今后備件種類將減少，不需要過多的零散備件，減小庫存，有效降低成本。提高設備完好率和出勤率。

2 升級改造設計和已改造案例

基于模塊化的S120產品特點，新一代WK-35的設計中將各機構的控制單元CU320、擴展模塊TM31、編碼器模塊SMC30和分布式控制PLC子站單元模塊放置于一個獨立的控制柜中，這樣極大的降低了動力單元對控制系統的干擾，也保證了產品的穩定性[2]。針對老舊產品的升級改造也是以此技術為核心實施的，設計方案如圖1所示。

面對全國各大露天礦太重WK系列挖掘機產品升級改造的迫切需求，綜合上述相關技術發展和產品優點，各大露天礦的大修升級和產品技術改造將逐步展開，在相關老舊設備的改造中，太重主推S70到S120的技術升級改造。

圖1 基于S120的變頻控制方案圖

目前改造S120的案例：包頭白云鐵礦WK-20電鏟（2016年改造），設備改造后，從1臺“暮年”鏟重新成為1臺主力鏟，運行良好。神華寧煤集團大豐礦WK12C（2017年改造），目前運行良好，并且礦方也反應了新產品在使用中良好感受。回轉機構控制精確，運行穩、停車準、慣量小。

3 結語

本文提出神寶的電氣變頻器升級改造方案也是適應于國內各大露天礦WK系列挖掘機的相關升級改造設計方案。本著早改造，早受益的理念，太重將積極配合諸如神寶等各大露天礦山大修期間的技術改造，確保最新的控制軟件工藝應用到改造產品中。太重的技術力量和良好的售后服務永遠是各大露天礦山的可靠保障。