行車變頻改造方案

1、淮北市熱電有限公司#1、#2行車變頻改造方案 編制：史擁軍 2013年3月8日淮北市熱電有限公司#1行車變頻器與PLC控制改造方案1  引言我公司#1行車是5T橋式抓斗行車，由操作臺(tái)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)和橋架組成的。運(yùn)行機(jī)構(gòu)是由三個(gè)基本獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng)組成：1、大車拖動(dòng)系統(tǒng)。拖動(dòng)整臺(tái)橋式抓斗順著車間做“橫向”運(yùn)動(dòng)（以操作者的 坐向?yàn)闇?zhǔn)），大車的行走由2 臺(tái)11kW繞線電機(jī)牽引。 2、小車拖動(dòng)系統(tǒng)。拖動(dòng)抓斗順著橋架作“縱向”運(yùn)動(dòng)。小車的行走由1臺(tái)3.7kW的繞線電機(jī)牽引。 3、抓斗吊拖動(dòng)系統(tǒng)。拖動(dòng)抓斗作吊起、放下的上下運(yùn)動(dòng)及抓斗的放開、閉合運(yùn)動(dòng)。抓斗的升降繩和開閉繩各由1套卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)操縱，

2、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為2臺(tái)30kW繞線電機(jī)。抓斗的所有電機(jī)都采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動(dòng)和調(diào)速。在抓斗的使用過程中存在以下問題：（1）由于采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速，機(jī)械振動(dòng)大，行車不穩(wěn)定，定位困難，抓斗擺動(dòng)嚴(yán)重，容易造成機(jī)械設(shè)備的損壞。轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化，調(diào)速效果差，所串電阻因長(zhǎng)期發(fā)熱而使電能消耗較大，效率較低。（2）抓斗的電機(jī)采用繞線電機(jī)，經(jīng)常發(fā)生碳刷磨損嚴(yán)重、電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞線過熱，造成維護(hù)量大。另外，操作員在抓斗定位時(shí)，經(jīng)常打反車，使電機(jī)產(chǎn)生過載現(xiàn)象，影響電機(jī)的使用壽命。（3）由于抓取搬運(yùn)工作的距離較近，電機(jī)處于頻繁啟動(dòng)及變速狀態(tài)，控制電機(jī)的時(shí)間繼電器和交流接觸器處于頻繁動(dòng)作狀態(tài)，電氣元件容易損壞。（

3、4）在抓取原煤后提升時(shí)，難以保證升降繩與開閉繩均勻受力，嚴(yán)重影響鋼絲繩的使用壽命。交流變頻器調(diào)速已廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域，而PLC可以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出信號(hào)的數(shù)字化，利用編程能實(shí)現(xiàn)多種功能，由二者配合構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)，可大大改善原有的控制系統(tǒng)的功能，也可以解決橋式抓斗故障率高的問題。2 #1行車變頻加PLC控制改造預(yù)期評(píng)估：（1） 采用變頻器及PLC對(duì)#1行車改造?？刂葡到y(tǒng)由于省去了切換轉(zhuǎn)子電阻的交流接觸器、串聯(lián)電阻等電氣元件，電氣控制線路大為簡(jiǎn)化。行車啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，減少了負(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高。（2） 采用PLC代替原來復(fù)雜的接觸器、繼電器控制系統(tǒng)，電路實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化

4、，故障率大大降低。（3） 采用變頻調(diào)速，機(jī)械特性硬，負(fù)載變化時(shí)各檔速度基本不變。輕載時(shí)也不會(huì)因操作不當(dāng)而出現(xiàn)失控現(xiàn)象。變頻器還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，很方便地調(diào)整各檔速度和加減速時(shí)間，使吊車操作更加靈活迅速。采用變頻調(diào)速同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟起動(dòng)， 避免了機(jī)械受大力矩沖擊的損傷和破壞， 減少了機(jī)械維護(hù)及檢修費(fèi)用，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。（4） 采用變頻調(diào)速后，電機(jī)可以在基本停住的情況下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善。（5） 由于用鼠籠電機(jī)取代了繞線電機(jī)，消除了電刷和滑環(huán)經(jīng)常出的故障。（6） 節(jié)能效果好。繞線電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻消耗大量的電能，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，可以節(jié)約外接電阻消耗的大

5、量電能。（7） 采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速精度可達(dá)1%，且調(diào)速平穩(wěn)。3  改造方案3.1 采用PLC進(jìn)行系統(tǒng)控制    將#1、#2行車外圍電控設(shè)備輸入信號(hào)接入PLC的I/O模塊，同時(shí)根據(jù)#1、#2行車實(shí)際工況對(duì)PLC進(jìn)行合理編程?？刂圃韴D如圖1所示。圖1  #1、#2行車變頻控制原理框圖（1）PLC具有閉鎖啟動(dòng)功能，行車操作工在啟動(dòng)設(shè)備前必須把主令控制器全部切至零位和行車的進(jìn)出門的門限開關(guān)到位，才能接通主電源。操作主令開關(guān)上有狀態(tài)指示燈，通過指示燈的閃爍頻率來顯示各種故障狀態(tài)。    （2）抓斗提升和開閉操作有

6、鋼絲繩高限位保護(hù)，大車、小車有行程開關(guān)保護(hù)，各個(gè)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作只影響設(shè)備本身的動(dòng)作。    （3）所有的變頻器的故障信號(hào)都接入PLC，大車的變頻器有故障信號(hào)，大車就不能動(dòng)作。其它的變頻器出現(xiàn)故障只影響設(shè)備本身的動(dòng)作。    （4）抓斗提升與下降、閉合和開啟以及小車前行和后退、大車左行和右行有操作互鎖。    （5）大車、小車速度的檔位切換，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換。    （6）禁止行車操作工利用打反車來對(duì)大車和小車進(jìn)行定位。    （7）實(shí)現(xiàn)提升繩和開閉

7、繩的自動(dòng)追速功能。3.2 電機(jī)的改造      用變頻器調(diào)速替代原有的串電阻調(diào)速方式,電機(jī)改造為鼠籠電機(jī),取消原有串電阻調(diào)速的外圍電路的時(shí)間繼電器與交流接觸器。#1行車大車的兩臺(tái)電機(jī)改造成11kW的鼠籠電機(jī)，小車的電機(jī)用3.7kW也改造成鼠籠電機(jī)，開閉和升降電機(jī)都用30kW的鼠籠電機(jī)（原電機(jī)改造）。#2行車大車的2臺(tái)電機(jī)改造成7.5kW的鼠籠電機(jī)，小車的電機(jī)改造成2.2kW鼠籠電機(jī)，開閉斗和升降電機(jī)同#1行車改造方法：繞線電機(jī)可以改裝為一般鼠籠電機(jī)方法是：將繞線轉(zhuǎn)子的三根出線并到一起，用絕緣帶包好，在定子繞組上通上三相交流電就可以使用了。電源接

8、線一樣，繞線式轉(zhuǎn)子是繞組，引出的三根線外接電阻，通過調(diào)節(jié)電阻值大小可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。鼠籠式的是鋁條，只能工作在一個(gè)轉(zhuǎn)速下，不能調(diào)整速度3.3 變頻器的應(yīng)用    變頻器啟動(dòng)電機(jī)為軟啟動(dòng)，同時(shí)大車的兩臺(tái)行走電機(jī)可通過變頻器將兩臺(tái)電機(jī)并聯(lián)同步動(dòng)作，從而使大車運(yùn)行振動(dòng)減小，運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，在開閉和升降的控制變頻器的程序里設(shè)置。當(dāng)變頻器的輸出力矩達(dá)到設(shè)定值時(shí)，機(jī)械抱閘方可打開。另外，在抓斗運(yùn)行的過程中，開閉變頻器或升降變頻器出現(xiàn)故障，機(jī)械抱閘會(huì)抱死，抓斗不會(huì)溜鉤；在行車的總電源停電時(shí)，機(jī)械抱閘也會(huì)抱死。3.4 電氣制動(dòng)采取由變頻器外接的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻消耗掉的方式。

9、改造中保留原電磁機(jī)械制動(dòng)方式。采取再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的辦法。由變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動(dòng)和直流制動(dòng)把運(yùn)動(dòng)中的大車、小車和提升、開閉斗的速度迅速而準(zhǔn)確地降到零，使它們停止。對(duì)于起重機(jī)，常常會(huì)有重物在半空中停留一段時(shí)間(如重物在半空中平移)，而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物靜止，但因設(shè)備容易受到外界因素的干擾(如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電)，因此，仍然必須利用電磁制動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)。液壓抱閘系統(tǒng)在改造時(shí)將與變頻器進(jìn)行電氣聯(lián)鎖。即只有變頻器有大轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)，液壓抱閘才能松開。當(dāng)變頻器沒有轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)，液壓抱閘合閘，鎖死機(jī)械裝置。所使用的變頻器在電機(jī)制動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)處于再發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，變頻

10、器就需制動(dòng)電阻耗散這部份能量，同時(shí)使電機(jī)的制動(dòng)能力提高。4  系統(tǒng)配置及選型4.1 變頻器的選擇    （1） 變頻器容量的選定：選用的變頻器的容量要比電機(jī)的額定容量大一檔；配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻    （2） 提升和開閉變頻器選用專門用于起重的變頻器    （3） 過載能力為額定電流的150%，持續(xù)60s4.2 PLC的選擇    （1）基于橋式抓斗工作環(huán)境粉塵多以及在運(yùn)行過程中振動(dòng)大，PLC的防護(hù) 等級(jí)要高，一般達(dá)到IP67;

11、60;   （2）有數(shù)字量輸入通道和模擬量輸入通道。模擬量輸入通道用于對(duì)電流信號(hào)的處理,選用西門子的s7-300系列4.3 制動(dòng)電阻容量的選擇制動(dòng)電阻用于將電動(dòng)機(jī)的再生電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。（1）制動(dòng)電阻RB的阻值一般情況下，RB的大小要使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一半為宜，即RB2UD/IN （1）    UD變頻器的直流回路電壓V;    IN變頻器的額定電流A;    （2）制動(dòng)電阻的功率PB    PBUD2/RB （2）

12、    （3）制動(dòng)電阻的選取    根據(jù)式（1）和（2），選擇的制動(dòng)電阻如表3所示表3  制動(dòng)電阻阻值及功率     備注：大車變頻器控制雙電機(jī)，每臺(tái)變頻器用四個(gè)電阻。提升、開閉和大車變頻器的電阻使用并聯(lián)的接法。    （4）制動(dòng)電機(jī)的阻值及其容量，也可以選擇廠家提供的與變頻容量相匹配的放電部件。5  PLC和變頻器組態(tài)時(shí)要考慮的問題    （1）上煤行車工在卸煤時(shí)，為了趕快完成任務(wù)，經(jīng)常利用打反車來對(duì)小車和大車實(shí)行

13、定位，這種做法會(huì)縮短大、小車控制電機(jī)的壽命和加大傳動(dòng)機(jī)械的磨損。為了杜絕上煤行車工的這種做法，在PLC編程時(shí)，在大、小車的操作指令中加入0.2s的延時(shí)，這樣就可以使打反車不起作用。    （2）抓斗開閉、升降防溜鉤。利用變頻器本身具有的功能通過合理的設(shè)置使其達(dá)到抓斗開閉、升降防溜鉤的要求。通過設(shè)定變頻器的輸出力矩達(dá)到最大輸出力矩的20%（可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定）時(shí)，機(jī)械抱閘才能打開。    （3）自動(dòng)追速功能。抓斗在抓取物料后提升時(shí)，往往只有開閉鋼絲繩受力，容易使其損壞，這是要求提升鋼絲繩在最快的時(shí)間里與開閉鋼絲繩一起受力。為達(dá)到這個(gè)要求，在PLC程序里設(shè)計(jì)一段小程序，其原理如圖2所示。圖2  追速功能原理圖當(dāng)提升電機(jī)電流AI1小于開閉電機(jī)電流AI2的95%（這個(gè)值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)男薷模r(shí)