翻車機變頻器及PLC升級改造工藝

李云超 田力

摘要：作為北煤南運的重要通道，目前黃驊港的煤炭下水能力逐年增加，但所使用的翻車機的接卸能力已不能滿足煤炭接卸要求。文章通過對一期CD3翻車機變頻器、PLC系統的改造升級，大大提高了翻車機作業的穩定性和作業效率，為保證煤炭接卸提供有力支撐。

關鍵詞：翻車機;變頻器

1、工程概況

黃驊港一期工程中翻車機采用的是變頻調速系統，主體設備的變頻器為西門子6SE70系列產品，由于運行時間已達10年以上，設備嚴重老化，變頻器內部元件損壞頻繁，每次維修時間較長，嚴重影響了黃驊港一期的翻車機的生產效率及設備完好率。

為了確保設備安全可靠，提高設備的運行效率及穩定性，對現有黃驊港一期工程翻車機變頻器及控制系統進行升級改造。同時為了適應變頻器控制要求，對控制系統優化升級。

2、國內外現狀

我國采用翻車機卸煤起步相對較晚，其自動化控制程度及穩定性與德國等國家先進港口相比存在一定差距。隨著國民經濟的快速增長，黃驊港作為北煤南運重要通道，其自動化水平近幾年有了較大提高。通過對翻車機變頻系統的改造，現有翻車機設備的翻車效率將有更大提高。

3、施工內容

3.1、變頻器改造

3.1.1設備現狀

現有一期翻車機的變頻器為6SE70系列，使用交直交變頻，每臺翻車機需改造兩套變頻系統，分別是：

定位車變頻系統：現有定位車控制由一臺AFE單元，拖動兩臺逆變器（每臺逆變器拖動三臺110KW電機），目前控制方式為不帶編碼器的開環控制方式。

推車機變頻系統：現有推車機控制由一臺AFE（主電源接觸器-一濾波回路等）供電至一臺SIEMENS6SE7137-0EG80-2BA0-Z變頻器整流，并通過三套“預接觸回路”分別控制翻車機兩臺200KW的電機及推車機3臺110KW的電機。推車機控制采用不帶編碼器的開環控制方式，翻車機采用帶編碼器的轉矩控制方式。

3.1.2改造方案

將目前西門子6SE70系列變頻器進行更新，采用具有伺服控制的髙性能新一代西門子S120系列變頻器替換老一代Masterdrives產品。S120系列交流驅動器包含的控制單元可以提供驅動功能和工藝功能，通過補充不同的系統附件可以用于擴展功能，滿足不同編碼器接口和過程信號的要求。其整機具有操作方便、安裝和布線簡單的特點。整流單元需具有能量反饋，動態功率因數補償，動態消諧等功能。

定位車整流單元共用一套ALM模塊，考慮到后期可能由C70主車型改為C80主車型，設計容量不低于900KW。逆變單元采用一對一的控制模式，即每臺逆變單元對應一臺電機。兩套ALM模塊需設計成正常工作時共直流母線供電，當一臺出現故障停機時，可以滿足并實現單臺為11套逆變直流供電要求。

3.2、PLC控制系統升級

為了滿足變頻器的優化控制，需要對PLC控制系統進行升級，同時實現對現場設備的高效、精確定位控制功能。目前翻車機使用的是基于AB公司的PLC-5（1785-L80C15處理器）的控制系統，已不適應現場控制系統的要求，升級改造為基于controlLogix的控制系統，以提高運行、通訊速度，提升翻車機系統效能，并使程序的可造性進一步加強。

3.2.1硬件升級方案：

（1）PLC主處理器及機架升級到最新的cotnrologix系列，DH+網絡升級為enthernet網絡，編碼器由高速計數采集方式升級為以太網通訊模式，遠程機架通訊適配器升級到enthernet通訊模式，PLC與遠程控制畫面采用enternet通訊。

（2）PLC機架采用PR0FIBUS與變頻器進行通訊，原有相關硬件通訊的功能單元全部由PR0FIBUS通訊協議替代。

（3）對現有PLC控制系統本地機架的硬件進行了更換，實現本地I/O模塊、通訊模塊的升級，所有模塊采用最新版本，改造后的PLC本地機架選擇17槽。

3.2.2軟件升級方案

將原有程序轉化成C0NTR0L0GIX5000的程序，并保持原有邏輯不變，標簽及程序描述進行了漢化。本地RSVIEW32監控畫面升級到RSVIEWSTUDIO，取消PANELVIEW，將功能集成到RSVIEWSTUDIO，并且跟遠程監控畫面兼容，解決遠程監控畫面與新升級PLC的兼容通訊問題。

為變頻器配置通訊模塊并組態測試，通過編制變頻器控制程序實現變頻器控制監控功能。為實現變頻器的控制功能，對PLC進行編程，不改變原有程序結構的前提下實現變頻器的數據采集、變頻器速度控制以及斜坡控制，保證PLC正確可靠的控制變頻器。PLC和中控室間的以太網通訊選用赫斯曼交換機，PLC和遠程IO之間采用以太網環網。一路交換機與中控室及翻控室通訊，通訊模式為ETHERNET網絡。同時對遠程FACTORYTALKVIEW終端站對應標簽進行重新編制，將翻車機現場監控終端更新為RSVIEWSTUDIO終端站，并實現以太網通訊，從而實現終端功能的全部移植和功能優化。

3.3、編碼器改造方案

翻車機需增加出口電機編碼器。因為現場翻車機系統存在大量煤塵，作業時振動較大，本次改造采用DEVICENET編碼器作為位置編碼器。控制信號通過光纖直接連到編碼器上，減少中間環節。并且該編碼器的分辨率及精度足夠高，結合新一代PLC及DEVICENET模塊使用大大提高了編碼器的通訊速率，保證設備可靠的運行。

本次改造翻車機的定位車、推車機采取無編碼器控制模式。

4、工廠測試調試方案

由于此次改造包括PLC升級改造及變頻器網絡升級改造時間緊張，項目現場實施工期要求為10天。將相關調試工作大部分轉為線下工作，即提前在工廠調試完畢后進行現場停機安裝。

變頻器柜工廠制造完成后，將升級后的PLC連接到變頻器上，測試新升級的程序。包括對變頻器的通訊及電機的控制模式進行測試。利用兩臺與現場同型號的110kw電機、兩臺與現場同型號的200kw電機調試變頻器參數值。通過調試優化變頻器主從控制方案，同時調試變頻器故障時可以保證電機可以有效停機。通過不斷優化并修正變頻器參數值，減少了大量的現場調試工作，節省了有效工作時間。

5、現場安裝調試方案

5.1設備拆除安裝

安裝前準備工作：對電氣室門、空調提前一天予以拆除。并將拆除電氣室內電氣控制盤柜的工具、支架、搬運柜體用的手動液壓叉車等準備就緒。同時對CD3電氣室的通風管支架更改位置或予以拆除。拆除CD3電氣室內的原電氣控制盤柜，以及安裝新的電控盤柜，并盡量保持新盤柜的排列位置不變，以免造成電纜短缺。

拆除及安裝電氣盤柜時，同時拆除原PLC柜內的模塊及安裝新PLC模塊（原+E6，+E10柜重新制作，其它PLC柜體保留）。

對新增加安裝的編碼器進行接線，并調試編碼器及對編碼器的位置進行調整。

5.2設備調試

調試PLC通訊，調試PLC網絡，調試PLC與中控室之間數據交換及連接;調試兩個+E6，+E10的現場連線，以及現場數據通訊。

對各主設備的變頻器通電，并調試變頻器與PLC之間的通訊連接。

開始對設備系統進行空載測試。

空載測試完畢，即開始帶負荷進行試車測試，以及后期跟進維護。

6、結語

改造完成后，設備運行的穩定性和作業效率得到了很大的提高，實現了翻車機33循環/小時。翻車機整體返回水平位置精度，控制在上下0.1度范圍。實現了良好的改造效果及經濟效益。