2号带斗门式起重机(SU2,500Uh)电控采用绕线式异步电机转子串电阻调速。因调速电阻发热严重,导致环境温度迅速上升,综合性能指标差,效率低;异步电机集电环和电刷,要求定期维护;大量的继电器、接触器的故障频繁,维护量大;电气制动采用涡流电机制动,动态性能差、耗能高。可编程控制器为日立20世纪80年代的产品,只能处理开关量,扫描时间长,为此,决定对该设备进行升级改造。

一、带斗门机的运行特点

1.门机在启动时,启动转矩)150%额定转矩。

2.当抓斗下降时,电机处于再生发电状态,其能量要向电源侧回馈。

3.在抓斗满载突然打开和由空载挖煤时,负载会急剧变化。

4.电气制动与机械制动之间切换不能平滑完成,时有坠斗现象。

5.变幅机构的变幅巴杆嘴在35m处和9m处能准确停止,在8m处能紧急停止。

6.通过触点式手柄完成调速电阻切换,切换时电机电流突变,冲击较大。

二、改造配置

根据门机的运行待点,同时为了满足门机高启动转矩、低速满转矩、快速的转矩上升时间和抱闸顺序控制功能的要求,选择ABB的ACS600系列直接转矩控制变频器,为与其匹配选择ABBAC80(Advance controller)PLC,组成一个多传动控制系统。

1. AC80可编程控制器

AC80 PLC是专为传动设计的,其CPU是16位模式的MC68360处理器,工作频率25MHz,负责整个系统的逻辑控制、开关量处理、数据通信等。通过电气Module Bus与I/0模块通信,也能通过DRIVEBUS传动总线)控制最多达12个传动机构。用户使用Function Chart Builde:软件(以下简称FCB)对AC80进行编程,AC80程序包括PC部分(程序部分)和DB部分(数据库部分)。

2.NDBU-85总线适配器

总线适配器与AC80和各传动机构之间通过光缆组成星形网络结构,用户可以通过适配器上的拨码开关设定各传动点在适配器上的通道号和数据传输速率,传输速率可达4Mbit/s。

3.ACS600晶闸管供电单元(TSU)

如图2所示,晶闸管供电单元主要是两个六脉波晶闸管桥组成。正桥将三相交流电转换成直流电,然后通过中间的直流环节将电能输送给传动部分(逆变器)。无论何时需要将多余的电机制动能量反馈回给电网时反桥就会将直流电转换成交流电。

4.ACS600逆变器

ACS600逆变器是通过交流电机定子磁通来直接控制电机的转矩。如图3所示,根据电机定子磁通和转矩的计算值来实现功率器件的开关控制,采用了高性能的数字信号处理器(DSP),可快速实现功率器件开关信号的选择。用户通过Drive window软件和CDP312控制盘对逆变器进行调试、参数设置及故障跟踪等。逆变器将直流电根据AC80的控制指令转换成交流电输出到电机,在抓斗下降过程中将电机制动产生的能量整流成直流送回直流母排回馈给供电单元。

为了保证准确定位变幅距离,在原来凸轮限位的基础上加装了绝对值编码器和光电感应开关,保证该机构安全稳定运行。

三、调试方法

调试主要步骤如下:

1.将PC机通过RS-232接口与PLC上的Service口连接。采用FCB软件定义PLC的UO地址,根据门机的运行特性和控制工艺编写控制程序;编写好的程序存储在PLC的FPROM内,PLC再将程序从FPROM中读至RAM中运行。

2.设定各传动机构在PLC中的地址。在程序的DB部分用DRB00模块定义传动点在DRIVEBUS上的地址,最多可以定义12个地址。

3.逆变器参数的设定。在电机投入运行之前需要对它进行识别运行,识别运行完成后,变频器根据识别的参数建立电机的数字模型,并根据模型对电机进行控制。

四、改造效果

改造后的门机有以下特点:

1.电动机机械特性变硬,定位精确,提高了卸船效率。

2.运行,启、制动平稳,加、减速时冲击减小,安全性提高,延长了机械的使用寿命。

3.拆除涡流制动装置,电气制动由变频器实现,降低了能耗,同时也减少了维护量。

4.机械制动在电机速度接近零速时投入,所以机械刹车的制动片寿命大大延长。

5.将原来的绕线异步电机的调速电阻拆除;短接集电环改作鼠笼电机使用,节约了更换电机的成本。

6.减少大量交流接触器,实现无级调速。

7.结合PLC及变频器自身的保护、检测、故障报警等强大的功能,提高电控系统的稳定性。

经过现场分别检测SU2的变幅、起升、开闭的稳定性,抓斗额定负荷16t,设定超负荷能力为120%,当负荷达到110%×l6t时报警,达到 118%×l6t一挡起升1.5s停止起升,抓斗超负荷保护实现准确数字化。在抓斗满负荷三挡起升下降时能准确停止,无坠斗现象。抓斗、变幅加速减速平稳,基本实现无级调速。变幅鹤嘴准确停止在9m,到目前尚未发现一起因变幅冲8m造成的故障维修。

经过现场实验方法分别检测SU2的变幅、起升、开闭的稳定性,抓斗超负荷保护实现准确数字化。在抓斗满负荷三档起升下降时能准确停止,无坠斗现象。抓斗、变幅加速减速平稳,基本实现无级调速。变幅鹤嘴准确停止在9m,到目前尚未发现一起因变幅冲8m造成的故障维修。改造后实现能量回馈,比原来系统省电30%。改造前的系统需要每个季度更换一次主接触器和辅助接触器的触头,这些触头费用昂贵并且安装时消耗大量人力,维护花费达到30000元/月。改造后只需要对变频器定期清理维护,节省了维护成本,经统计每个季度可节省成本12万多元。

比较彻底地改变这三大机构由于控制方式上的缺陷,引发故障率高,能耗高的技术难题。