桥式抓斗吊车电气驱动系统改造

李 波

攀钢发电厂 四川攀枝花市

一、存在的问题

发电厂4台桥式抓斗吊车主要用于煤场配煤。单台桥式抓斗吊车大车电机2台11kW绕线式交流电机传动，采用联动控制台直接启动和转子串电阻调速。由于工作环境恶劣，粉尘对电机滑环、碳刷及触点损坏较快，加上任务重，操作频繁，冲击电流大，触头损坏严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，严重影响生产。转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，同时大车电机由于串电阻调速是有级调速，在换挡调速过程中冲击电流大，经常发生联动台触点烧坏，电机缺相运行从而频繁烧坏电机，严重影响了配煤生产需要，每年更换损坏件所花的设备费用和人工费用相当大。

二、主要技术方案与设备选型

1.主要技术方案

大车采用PLC与变频器控制方式，利用大车绕线式异步交流电机，转子回路短接，拆除大车转子回路电阻。大车联动台为单手柄操作，为照顾操作习惯，大车的启、停和转速控制仍采用原来的单手柄联动台。利用联动台的启、停和5对调速触头接入PLC装置，变频器接收PLC提供的控制信号，得到变频器输出的各种转速。电机加减速的时间通过变频器的设定来进行改变。控制抱闸，保证电机轴停止时抱闸才抱住，既不提前、也不延后。将大车两侧限位保护开关以及大车两侧门开关、驾驶室门开关、仓门盖板开关、零位保护、变频器故障信号等接入PLC装置。PLC输入、输出信号均使用隔离继电器，故障信号指示接入故障显示箱。

变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作效率高、保护功能完善、可靠性好、使用方便等卓越性能而优于以往的任何调速方式。电机主电路实现了无触点化，完善的保护性能，避免了因频繁动作而烧损，以及由于触头烧损而引起的电器故障。

2.设备选型

（1）PLC的选择。桥式抓斗工作环境粉尘多以及在运行过程中振动大，PLC的防护等级要高。选用西门子S7-200系列一体式PLC，按设定的控制程序、输入控制信号，完成桥式抓斗大车的速度控制。使用西门子系统编程软件完成PLC梯形图语言编程，工作可靠，扫描速度快，控制非常灵活。

（2）大车变频调速器。在桥抓上应用变频器，因为其特定的工况要求及特殊的负载特性，也就决定了如何使用变频调速装置的型号、功率、保护等技术参数的合理配置，必然要结合现场生产设备具体情况慎重考虑选择。

变频器具有无速度传感器矢量控制技术，当变频器有0.5Hz输出时即有150%以上的高启动转矩，保证启动及低速运转时的电机力矩，可在10∶1的速度范围内（5～50Hz）以100%转矩连续运行。

为保证大车快速制动，加装能耗制动单元来保证变频器的正常工作。通过变频器调速系统的制动单元把运动中的大车速度迅速而准确地停止，而且要求尽可能快速启动。

考虑到桥抓工况可变性大的因素，所以选用比电机功率高一级的变频器。因此，选用ABB公司生产的ACS800-01-0040-3变频器，其具有灵活的DTC控制方式、制动单元具有快速制动功能。

（3）大车控制柜。采用防尘、防雨水的结构设计，柜体尺寸的深度不得超过600mm，以便于安装于桥抓大车梁的通道上，控制柜前开双扇门。控制柜内各元件间必须留有足够的安装空间,以备更换柜内元件，柜内配线满足系统设计的要求。

三、实施过程

1.施工内容

（1）大车电机变频器按30kW电机选用ABB ACS800-1-40+D150，采用一拖二方式控制2台大车电机；PLC选用西门子S7-200系列CPU 216，并配备相应扩展模块，PLC所有输入输出单元采用中间继电器隔离，以保护PLC模块。

（2）为保持现有操作习惯，仍采用原来的单手柄联动控制台，大车操作机构有各种挡位控制。

（3）大车电机采用变频调速控制后，利用大车电机，并将转子回路全部短接。

2.系统调试

通电前，对整车所有连线进行检查，测试绝缘正常，确保无接错线路。通电进行启动、停止及急停试车。将实现编好的PLC程序下载到PLC中，然后空操作，试验PLC输入是否正常。变频器通电，并将变频器参数设定好，然后空载调试变频器，直至调试正常。将变频器与电机连接好（电机不带接手），试验变频器及电机工作情况，直至调试正常。将电机接手连接好，空载试车，试验大车速度情况及限位开关是否准确有效。负载试车，试验桥抓抓煤时大车挡位是否正常、快捷，制动是否正常。满载运行时，变频器是否工作正常，大车电机有、无发烫等现象。以上试验完成后，再反复运行几个周期，试验各个机构工作是否正确、协调。

四、改造效果

（1）降低设备故障率，调速均匀、平滑的加减速，使振动和冲击变小，同时减小了负载的晃动，提高了安全性能。与原桥抓大车的调速方式相比，由于减少了碳刷、串联电阻等电气元件的能量损耗，节电效果明显。

（2）通过该项目的成功实施，保证了大车电机的长寿命周期运行，提高了整台桥抓的可靠性，满足了发电配煤需要，满足连续配煤的生产工艺要求，满足燃料配送的稳定性。减少了备件消耗费用和维护维修费用，创造了良好的经济效益和社会效益。

1 刘 锴等.深入浅出西门子S7-200PLC.北京航空航天大学出版社，2004

2 曾允文.变频调速技术基础教程编程序[M].北京机械工业出版社,2009