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、運行機構和橋架組成的。運行機構是由三個基本獨立的拖動系統(tǒng)組成：1、大車拖動系統(tǒng)。拖動整臺橋式抓斗順著車間做“橫向”運動（以操作者的 坐向為準），大車的行走由2 臺11kW繞線電機牽引。 2、小車拖動系統(tǒng)。拖動抓斗順著橋架作“縱向”運動。小車的行走由1臺3.7kW的繞線電機牽引。 3、抓斗吊拖動系統(tǒng)。拖動抓斗作吊起、放下的上下運動及抓斗的放開、閉合運動。抓斗的升降繩和開閉繩各由1套卷揚機構操縱，

2、卷揚機構的驅動電機為2臺30kW繞線電機。抓斗的所有電機都采用轉子串電阻的方法啟動和調速。在抓斗的使用過程中存在以下問題：（1）由于采用轉子串電阻的方法調速，機械振動大，行車不穩(wěn)定，定位困難，抓斗擺動嚴重，容易造成機械設備的損壞。轉速隨負荷變化，調速效果差，所串電阻因長期發(fā)熱而使電能消耗較大，效率較低。（2）抓斗的電機采用繞線電機，經常發(fā)生碳刷磨損嚴重、電機及轉子繞線過熱，造成維護量大。另外，操作員在抓斗定位時，經常打反車，使電機產生過載現(xiàn)象，影響電機的使用壽命。（3）由于抓取搬運工作的距離較近，電機處于頻繁啟動及變速狀態(tài)，控制電機的時間繼電器和交流接觸器處于頻繁動作狀態(tài)，電氣元件容易損壞。（

3、4）在抓取原煤后提升時，難以保證升降繩與開閉繩均勻受力，嚴重影響鋼絲繩的使用壽命。交流變頻器調速已廣泛應用到許多領域，而PLC可以實現(xiàn)輸入、輸出信號的數(shù)字化，利用編程能實現(xiàn)多種功能，由二者配合構成的數(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控制改造預期評估：（1） 采用變頻器及PLC對#1行車改造?？刂葡到y(tǒng)由于省去了切換轉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化。行車啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，減少了負載波動，安全性大幅提高。（2） 采用PLC代替原來復雜的接觸器、繼電器控制系統(tǒng)，電路實現(xiàn)了無觸點化

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

5、量電能。（7） 采用了變頻調速系統(tǒng)后，調速精度可達1%，且調速平穩(wěn)。3  改造方案3.1 采用PLC進行系統(tǒng)控制    將#1、#2行車外圍電控設備輸入信號接入PLC的I/O模塊，同時根據(jù)#1、#2行車實際工況對PLC進行合理編程。控制原理圖如圖1所示。圖1  #1、#2行車變頻控制原理框圖（1）PLC具有閉鎖啟動功能，行車操作工在啟動設備前必須把主令控制器全部切至零位和行車的進出門的門限開關到位，才能接通主電源。操作主令開關上有狀態(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，大車、小車有行程開關保護，各個設備的保護動作只影響設備本身的動作。    （3）所有的變頻器的故障信號都接入PLC，大車的變頻器有故障信號，大車就不能動作。其它的變頻器出現(xiàn)故障只影響設備本身的動作。    （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，可實現(xiàn)平穩(wěn)切換。    （6）禁止行車操作工利用打反車來對大車和小車進行定位。    （7）實現(xiàn)提升繩和開閉

7、繩的自動追速功能。3.2 電機的改造      用變頻器調速替代原有的串電阻調速方式,電機改造為鼠籠電機,取消原有串電阻調速的外圍電路的時間繼電器與交流接觸器。#1行車大車的兩臺電機改造成11kW的鼠籠電機，小車的電機用3.7kW也改造成鼠籠電機，開閉和升降電機都用30kW的鼠籠電機（原電機改造）。#2行車大車的2臺電機改造成7.5kW的鼠籠電機，小車的電機改造成2.2kW鼠籠電機，開閉斗和升降電機同#1行車改造方法：繞線電機可以改裝為一般鼠籠電機方法是：將繞線轉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，繞線式轉子是繞組，引出的三根線外接電阻，通過調節(jié)電阻值大小可以調節(jié)電機轉速。鼠籠式的是鋁條，只能工作在一個轉速下，不能調整速度3.3 變頻器的應用    變頻器啟動電機為軟啟動，同時大車的兩臺行走電機可通過變頻器將兩臺電機并聯(lián)同步動作，從而使大車運行振動減小，運行平穩(wěn)，定位準確，在開閉和升降的控制變頻器的程序里設置。當變頻器的輸出力矩達到設定值時，機械抱閘方可打開。另外，在抓斗運行的過程中，開閉變頻器或升降變頻器出現(xiàn)故障，機械抱閘會抱死，抓斗不會溜鉤；在行車的總電源停電時，機械抱閘也會抱死。3.4 電氣制動采取由變頻器外接的制動單元和制動電阻消耗掉的方式。

9、改造中保留原電磁機械制動方式。采取再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的辦法。由變頻調速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和提升、開閉斗的速度迅速而準確地降到零，使它們停止。對于起重機，常常會有重物在半空中停留一段時間(如重物在半空中平移)，而變頻調速系統(tǒng)雖然能使重物靜止，但因設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器進行機械制動。液壓抱閘系統(tǒng)在改造時將與變頻器進行電氣聯(lián)鎖。即只有變頻器有大轉矩輸出時，液壓抱閘才能松開。當變頻器沒有轉矩輸出時，液壓抱閘合閘，鎖死機械裝置。所使用的變頻器在電機制動時，會出現(xiàn)電機處于再發(fā)電運行狀態(tài)，變頻

10、器就需制動電阻耗散這部份能量，同時使電機的制動能力提高。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的額定容量大一檔；配備制動單元和制動電阻    （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)境粉塵多以及在運行過程中振動大，PLC的防護 等級要高，一般達到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電流信號的處理,選用西門子的s7-300系列4.3 制動電阻容量的選擇制動電阻用于將電動機的再生電能轉換成熱能而消耗掉。（1）制動電阻RB的阻值一般情況下，RB的大小要使制動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）制動電阻的功率PB    PBUD2/RB （2）

12、    （3）制動電阻的選取    根據(jù)式（1）和（2），選擇的制動電阻如表3所示表3  制動電阻阻值及功率     備注：大車變頻器控制雙電機，每臺變頻器用四個電阻。提升、開閉和大車變頻器的電阻使用并聯(lián)的接法。    （4）制動電機的阻值及其容量，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)時要考慮的問題    （1）上煤行車工在卸煤時，為了趕快完成任務，經常利用打反車來對小車和大車實行

13、定位，這種做法會縮短大、小車控制電機的壽命和加大傳動機械的磨損。為了杜絕上煤行車工的這種做法，在PLC編程時，在大、小車的操作指令中加入0.2s的延時，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置使其達到抓斗開閉、升降防溜鉤的要求。通過設定變頻器的輸出力矩達到最大輸出力矩的20%（可以根據(jù)實際情況來設定）時，機械抱閘才能打開。    （3）自動追速功能。抓斗在抓取物料后提升時，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間里與開閉鋼絲繩一起受力。為達到這個要求，在PLC程序里設計一段小程序，其原理如圖2所示。圖2  追速功能原理圖當提升電機電流AI1小于開閉電機電流AI2的95%（這個值可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況作適當?shù)男薷模r