摘要：綏中發(fā)電有限責任公司一期工程輸煤系統(tǒng)安裝兩臺俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機，近年來，根據(jù)運行情況，對這兩臺斗輪堆取料機的程控系統(tǒng)進行了改造，同時對主要電動機起動方式進行了優(yōu)化。本文重點對改造的背景、改造方案、改造后系統(tǒng)構成和實現(xiàn)功能進行了重點介紹，同時對改造過程中出現(xiàn)的問題進行了分析和總結，并提出了解決方案。 關鍵詞：斗輪堆取料機，PLC，軟起動，變頻器，無線通訊 1 引言 綏中發(fā)電有限責任公司儲煤場為條形煤場，采用斗輪堆取料機進行堆煤（鐵路或港口來煤）和取煤作業(yè)。一期工程安裝二臺俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機，即：堆料出力1200噸/小時，取料出力1500噸/小時。 斗輪堆取料機的動力電源供應是通過電纜卷筒引導6KV電纜到大車尾車平臺上，分別通過動力變壓器（6KV/0.4KV）向各部分的電動機供電，通過控制變壓器（6KV/0.23KV）向控制系統(tǒng)及照明系統(tǒng)供電；使用多芯柔性電纜通過控制電纜卷筒，實現(xiàn)斗輪堆取料機與煤場輸送皮帶實現(xiàn)堆料聯(lián)鎖，并向集中控制室發(fā)送堆、取料工況信號。 斗輪機的電控系統(tǒng)主要是由懸臂皮帶減速機驅動電機（鼠籠式異步電動機，75KW）的控制、輪斗的減速機驅動電機（鼠籠式異步電動機，75KW）的控制、懸臂俯仰油泵電機（鼠籠式異步電動機，15KW）及液壓站電磁閥的控制、回轉機構減速機驅動電機（鼠籠式異步電動機，2×11KW）及制動器的控制、行走機構驅動電機（鼠籠式異步電動機，4×11KW）及制動器的控制、動力電纜卷筒驅動電機（繞線式異步電動機， 11KW）及制動器的控制及控制電纜卷筒驅動電機（繞線式異步電動機， 11KW）及制動器的控制等六方面組成。 原電控系統(tǒng)在運行一段時間后出現(xiàn)了很多問題： （1）因為斗輪機工藝的需要，其電控系統(tǒng)是由6面控制柜，270多個繼電器組成，故障點多，處理缺陷耗時較長，維護工作量極大。 （2）在控制室與配電室之間直接聯(lián)系電纜數(shù)量大，因為斗輪機懸臂需要經(jīng)常俯仰和回轉，這些電纜在斗輪機中間旋轉部分的電纜室內(nèi)要經(jīng)常做往復運動，電纜損壞周期短，更換數(shù)量較大。 （3）懸臂皮帶及輪斗電動機的起動裝置元器件老化，抗干擾能力差，一些對電動機的基本保護不能正常工作，且調(diào)整不方便，造成電動機起動時電流比較大，對機械設備造成沖擊，尤其是對直接鏟煤的輪斗沖擊最為明顯。 （4）動力電纜及控制電纜卷筒在卷取電纜的時候，采用繞線式電動機轉子串電阻的方法來調(diào)整轉速，在放電纜的時候采用電纜時，將繞線式電動機的轉子回路開路，讓電纜直接拽著卷筒運轉，這個拉力對電纜損害很大；同時電纜卷筒轉動與行走經(jīng)常不同步，也易造成電纜被拉斷，發(fā)生接地、短路事故，影響了動力電源的供應，影響斗輪堆取料機與煤場皮帶的聯(lián)鎖。在機組正式商業(yè)運行的3年中，分別對動力電纜進行3次更換，控制電纜2次更換，最后在走車的時候，安排一名運行人員專職看護電纜，這樣做不僅危及運行人員的人身安全，而且增加了人工成本；造成了直接經(jīng)濟損失。 綏電公司一期工程裝機容量為1600MW，滿負荷運行日燃煤約1.5萬噸，煤場最低存煤警戒線為13萬噸；因為斗輪堆取料機故障頻發(fā)，導致輸煤系統(tǒng)重要設備失去備用時間較長，維護費用偏高，其電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿足日常生產(chǎn)的需要。因此，為了滿足綏電機組大負荷運行，提高經(jīng)濟效益，必須對綏電的斗輪機電控系統(tǒng)及主要電動機的起動方式進行現(xiàn)代化改造。 2 改造方案的確定 由于控制對象的復雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，本著最高性能價格比的原則，經(jīng)過考察論證，我們選用了具有現(xiàn)場分布式I/O結構的SIEMENS公司S7-300可編程序邏輯控制器（PLC）作為斗輪機電控系統(tǒng)的核心設備；保留原回轉及行走機構的日本HITACHI J300變頻器，對行走控制方式進行優(yōu)化；將懸臂皮帶及輪斗電動機改造為使用美國AB公司150-A180NBDB-8L4型軟起動器軟起動的方式，并增加旁路系統(tǒng)，提高可靠性；將控制電纜卷筒取消，更改為點對點無線數(shù)字通信系統(tǒng)；為了降低機械成本費用，保留原來的動力卷筒機械結構，而是采用通用變頻器的力矩控制方式，保證動力電纜卷筒平穩(wěn)、可靠的運行。 3 控制系統(tǒng)的組成 （1）PLC控制系統(tǒng)的硬件配置 從工藝要求、I/O點數(shù)、掃描速度、自診斷功能等方面考慮，選用了SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU選型為315-2DP。在配電室設計了一個主控制站，主要是采集車下設備的輸入信號（如繼電器輔助觸點、傳感器）和發(fā)出指令控制配電室內(nèi)執(zhí)行元件（中間繼電器、指示燈）；在控制室設計了遠程機柜，內(nèi)有PLC系統(tǒng)的2個遠程I/O子站，主要是采集車上的設備輸入信號（如按鈕、傳感器）和發(fā)出指令等等。在主站與從站之間采用一根屏蔽雙絞線，利用PROFIBUS總線結構進行通信（見圖一），這樣一來，除了一些必要的接線，車上和車下的聯(lián)系使用的電纜數(shù)目不到原來的2/3，大大減少了維護工作量，提高了設備的可靠性。 S7300-PLC的程序編制使用SIEMENS公司提供的STEP 7組態(tài)軟件進行，采用LD梯形圖編程，便于電氣維護人員理解和學習。并且在CPU上預留了編程器通訊接口，通過編程電纜，連接好編程器，可以快速對故障進行診斷，大大加快缺陷處理速度，同時在工藝發(fā)生變化的時候，可以很快的進行程序更改，而不必花大力氣進行電氣控制回路的改造。 （2）無線數(shù)字電臺 無線數(shù)字電臺是用于需要實時處理應用的數(shù)據(jù)的遙測無線設備，它使用為微處理機控制和數(shù)字信號（DSP）處理技術，即使在很惡劣的條件下也能提供可靠的服務。針對輸煤系統(tǒng)的環(huán)境狀況及輸煤運行人員大量使用對講機的實際情況，我們選用了使用可靠，免維護的美國MDS數(shù)字電臺。每一臺斗輪機都需要一套點對點無線通訊系統(tǒng)，每套系統(tǒng)由2個電臺組成，一臺連接到安裝在斗輪機配電室的PLC，作為無線通訊從站，另一臺連到遠程站PLC，作為無線通訊的主站（見圖二），該從站并且與輸煤程控系統(tǒng)的子站PLC進行數(shù)據(jù)交換，完成斗輪機與煤場皮帶堆料聯(lián)鎖及斗輪機在集控室的操作員站畫面上的工作狀態(tài)顯示。 MDS數(shù)字電臺質量可靠，保證了聯(lián)鎖信號的穩(wěn)定性，加強了集控室對煤場的監(jiān)視；同時，取消的電動機及制動器還可以再利用作為動力電纜卷筒的驅動部分的專用備品。 無線數(shù)字通訊系統(tǒng)的使用，保證了聯(lián)鎖信號的穩(wěn)定性，減輕了運行人員和檢修人員的勞動強度，節(jié)省了大量控制電纜的更換費用，經(jīng)濟效益十分明顯。 4 電動機起動方式的優(yōu)化 （1）懸臂皮帶及輪斗電動機的軟啟動起動 懸臂皮帶及輪斗的電動機，安裝在斗輪機的金屬架構上，在懸皮和輪斗電動機啟動時，則會出現(xiàn)很大啟動電流，并由此產(chǎn)生強烈的機械沖擊。而利用軟起動裝置，起動時間，起動電壓等參數(shù)可調(diào)，可以使其輸出電壓按一定規(guī)律上升，使被控電動機的電壓逐漸平滑的升到全電壓，起動電流上升平滑上升至設定值，從而滿足起動轉矩的要求，保證起成功。 根據(jù)懸臂皮帶和輪斗的負載的性質：靜止負載比較大，一旦起動后，電動機的阻力矩反會減少；針對這中負載性質，在實際起動中，加了一個短時的高電壓（UK，其值和時間是可以設定的），通常將這種軟起動方式稱為的電壓突跳起動方式，（見圖三）。 采用軟啟動器，起動特性曲線好，使電動機和其附屬機構無沖擊，平穩(wěn)加速，使供電線路和整個傳動系統(tǒng)承受最小的可能沖擊。為了提高設備的可靠性，對于這兩臺設備的軟啟動裝置又加裝了由交流接觸器構成的旁路系統(tǒng)，在電機正常啟動后，切除軟啟動裝置的運行，由旁路接觸器繼續(xù)保持電機的運轉；旁路裝置還可以在軟啟動裝置需要維修的時候，在一定時間內(nèi)，用來直接啟動這兩臺設備，提高了設備的可靠性。 （2）行走及回轉的變頻控制優(yōu)化 行走及回轉變頻器原來設計為可以在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整速度。通過實際觀察，發(fā)現(xiàn)行走頻繁調(diào)整速度在我公司輸煤運行方式中實際意義不大，并且頻繁大范圍的調(diào)整行走速度，使電纜卷筒和行走之間的同步情況變的不可預知，容易拉斷電纜；如果將行走電機制動器調(diào)整過緊，在行走停止瞬間又會引起整個機體的震動；因此，根據(jù)運行狀況和實際需要將變頻器的調(diào)速范圍變窄，為20-30Hz。同樣的原因，為了防止回轉速度過快造成懸臂撞擊機械止擋器，為了防止取料時造成輪斗與煤堆過度撞擊而使輪斗電機過載，根據(jù)實際運行狀況需要，將回轉速度限制在0-20Hz范圍內(nèi)平滑調(diào)整。電動機的實際轉速被大幅降低后，電動機的同軸冷卻風扇散熱能力不如以前，但該設備安裝在室外，自然通風條件比較好，在加上不需要連續(xù)長時間運行，電動機的溫升一直符合規(guī)定，所以在低速條件仍然可以使用原來的電動機，無需更換成專用的變頻電機，節(jié)省了部分造價。 （3）動力電纜卷筒電動機的變頻器力矩控制 動力電纜卷筒電機為繞線式電動機，在本次改造中，為了節(jié)約資金，將電動機的轉子部分短路，使其相當于鼠籠式電動機，使用LG IV5變頻器加矢量編碼器閉環(huán)控制，保證動力電纜卷筒在調(diào)速的過程中，保持恒定的力矩，提高電機的傳動的質量；所謂矢量控制就是磁場與力矩互不干涉，按指令進行力矩控制方式；使用編碼器，能夠分別獨立的控制磁場電流和力矩電流，因而實現(xiàn)了在極低轉速時的平滑運動和高力矩高精度的速度、力矩控制。同時為了保護6KV動力電纜，在卷筒電動機的聯(lián)軸器處，加裝了電機軸轉動檢測傳感器，如果在大車行走3秒后，還未檢測到電纜卷筒驅動電機軸轉動的信號，將停止大車的行走，并在控制室發(fā)出預告信號；在加上電纜配重處的電纜拉緊保護，全面構成了動力電纜的保護系統(tǒng)，以保證動力電纜的正常卷取。 5 改造小結 （1）#2斗輪機先于#1斗輪機的改造，控制電纜改造成無線通訊后，使用正常，但就在#1斗輪機無線通訊系統(tǒng)改造完并投入試運行的時候，出現(xiàn)了#2斗輪機通訊不正常，聯(lián)鎖信號不穩(wěn)定現(xiàn)象；通過分析和專業(yè)軟件診斷，原來是兩臺斗輪機的電臺的通訊參數(shù)設定一致而造成通訊互相干擾，重新設置#1斗輪機的通訊參數(shù)后，問題得到解決。 （2）動力電纜卷筒變頻改造時，為了節(jié)約費用，使用的是原來的舊的電動機，需要在電機轉子軸末端加裝支架并安裝一個編碼器；現(xiàn)場施工的方法是使用手槍電鉆在轉子軸末端開盲孔，這樣一來，因加工工藝造成編碼器與電機軸之間的連接同軸度高于標準值，使編碼器發(fā)出的脈沖信號不正常，造成動力電纜卷筒變頻器丟轉停運，并出現(xiàn)“編碼器故障”提示信息；解決的辦法是更換了高質量的編碼器專用的聯(lián)軸器，盡量改善了同軸度，這種因施工工藝造成的問題在今后類似 的改造中應多加注意。 （3）不足之處：從長遠看來，應該在控制室遠程機柜柜門上加裝可觸屏監(jiān)控系統(tǒng)。主要用來做一些故障診斷，指導運行人員在異常情況下的運行操作；同時對斗輪堆取料機設備進行壽命管理，記錄主要電動機的累積運轉時間，主要接觸器動作次數(shù)等，甚至對主要電動機的歷史電流進行追憶，這些工藝在程序上很容易實現(xiàn)，有了這些設計，可加強對主要設備的故障診斷，提高缺陷處理速度，更對輸煤系統(tǒng)重要設備實現(xiàn)點檢定修有十分重要的指導意義。 6 結束語 綏電公司的兩臺斗輪堆取料機電控系統(tǒng)自改造投運以來，性能比較穩(wěn)定，能夠滿足輸煤系統(tǒng)的接、卸煤任務，能夠適應綏電雙機大負荷運行的燃煤要求，保證了正常的生產(chǎn)，為運行人員操作提供了方便，減輕了檢修維護人員的工作量，是現(xiàn)代控制技術的在電廠輸煤系統(tǒng)的一次有效應用。 參考文獻： 1、《變頻器的應用與維護》 馮垛生 華南理工大學出版社 2、S7-300 PLC用戶手冊 西門子公司 3、AB 軟起動器用戶手冊 AB公司