集裝箱式軌道吊電控系統的分步升級研究

胡威

舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司 浙江 舟山 316000

1 選題背景

1#-12#軌道吊是諾爾起重機械有限公司為我司制造的第一批訂單到港堆場軌道吊設備，采用西門子6SE70系列變頻器產品，部分軌道吊設備已投用10年。

目前西門子6SE70系列變頻器全面停產，后續備件采購或為定制方式將大大延長采購周期，且采購成本將會成倍增加，在備件緊缺的狀況下，設備可能會存在停機的風險。

考慮1#-12#軌道吊大部分已投用十年，設備電控系統產品將進入生命周期尾期，且后續故障將會大大增加，備件難以采購，我司遂決定開展軌道吊電控系統改造項目[1]。

2 器件選型

在變頻系統改造前，我司經過多次考察比較，并結合我司目前現狀，選擇使用西門子SINAMICS S120系列變頻器來替代西門子6SE70系列變頻器，我司變頻系統改造采用不改造方式，同種系統新、舊產品通信對接比不同品牌混合較為穩定。

同時西門子SINAMICS S120系列變頻器還具有以下優勢，為我司后續改造創造良好的條件。①允許不同功率等級與控制性能的單元自由組合，所有系統組件之間都具有高度的兼容性，同時還可通過簡單并聯就可實現功率的增容；②上位通訊支持標準的PROFIBUS DP現場總線或新一代高速工業以太網技術PROFINET，可以方便地集成到碼頭IT環境；③一個控制單元（CU模塊）就可同時控制多達四臺逆變和一臺整流，所需數據都保存在控制單元中，在控制單元內就能建立軸間連接和控制，保證系統高效可靠運行；④全新的IGBT整流 ——SLM，在實現四象限運行的基礎上，成功避免了換流故障，又免除了傳統晶閘管正反橋整流/回饋所需的自耦變壓器，大大提高了傳動系統的可靠性；⑤整流回饋均采用IGBT元件，產生可調節的直流母線電壓，功率因數可達到1，帶有閉環矢量控制。

另外，一方面我司13#-16#軌道吊均采用的是西門子SINAMICS S120產品，考慮到碼頭產品的通用性，選擇西門子S120產品有利于我司庫存的控制和成本的節約。另一方面，我司維修人員對西門子系統較為熟悉，在維修點檢方面效率要高于其他品牌系統[2]。

3 改造流程

3.1 方案設計

考慮到我司西門子6SE70系列變頻器使用較多，而且我司的現狀是目前處于成長期，設備較少。整臺變頻器系統改造不僅周期較長，對現場生產作業會產生一定影響，而且整體改造費用較大。在這種前提下，我司開始調研變頻器分步改造的可能性，即整流回饋單元采用西門子6SE70系列，主機構逆變器采用西門子S120系列模式。經過一系列前期調研工作，這種模式是可行的。

本項目主要將9#軌道吊所配置的起升、大車、小車三大主機構西門子6SE70系列變頻驅動部分升級為西門子S120系列驅動，修改相應參數、CMS系統并對涉及的設備程序、故障顯示屏軟件變量接口內容及CMS系統軟件接口內容的修改，PLC系統保持不變。

考慮到原來AFE系統還保留及電氣房空間位置較小，新裝變頻系統采用共直流母線形式，且安裝在原電氣控制屏變頻器位置上。

3.2 安裝調試

在整個項目設備改造之前，根據現場實際改造內容和改造設備勘察測量，制定出合理的改造方案，并確保施工現場的布置滿足安全施工的基本要求。

3.2.1 安裝完成后電氣檢查。在完成舊變頻系統拆除和新變頻系統安裝工作后，送電之前必須進行送電前安全檢查。

主要檢查項目有確認變頻驅動系統和控制系統可靠接地，確認電氣布線已按圖紙要求進行正確安裝，確認增加的開關、儀表和指示燈電氣接線均已校驗合格，確認各電機的絕緣性是否良好， 檢查變頻器的輸入輸出接線，檢查確認主電源電壓均正常。

3.2.2 設備調試。進入設備調試階段，送電檢查逆變器前側直流母線電壓，依次進行起升電機的動態優化和靜態優化，小車和大車電機的靜態優化，并確認各個電機的運轉方向，根據運行結果設定變頻器相應的參數。

將各個電機恢復到原來狀態，通電調試各個機構，低速運行重復試車，確認操作手柄和電機轉向的一致性，檢查電動機和減速箱的運行震動發熱情況，并進行設備的重載和空載測試，并記載相應的變頻器運行曲線圖。

在各機構調試滿足要求后，必須進行功能試車和連續運轉試車。主要檢測電機、變頻器的溫升，各機構元件的工作可靠性，控制系統的穩定性。

4 項目小結

國內變頻器驅動系統整體升級改造項目較多，但是只改整流回饋單元或者主機構逆變系統項目不多，通過此項目，我司不僅積累了變頻驅動項目分步改造成功的經驗，縮減改造周期和成本，大大降低對現場作業的影響，同時改造下來的部位可以繼續作為備件使用，避免現階段陷入備件難以采購的困境，也節約備用采購的成本。