斗轮机A电控系统改造

盛骏飞

摘 要：斗轮机A在我厂已经服役近20年，各项结构老化，功能也有明显退化，缺陷率不断上升，这对我部门制定的节能提效目标有很大影响，此外，封闭煤场建立后，斗轮机A承担了主要的堆取料任务，使用率非常高，因此尽快提高斗轮机A的工作效率以及降低其缺陷率是保證我公司发电效率的重要手段。由于使用年限过长，其部件有些已不符合国家环保要求，有些备品备件早已停产，购买备品时间较长，对于消缺有很大的影响，所以尽快将原先淘汰、老化的部件更换为新型节能环保部件已经刻不容缓。斗轮机A原来使用的PLC模块速度慢，功能不完善，更换为最新型PLC可以有效提高数据的处理速度，可以在原先的功能上增加更多新型功能，从而提高堆取料速率。

关键词：斗轮机;PLC;环保;节能;降耗;自动化

一、斗轮机A电控系统改造的必要性

（1）2017年我公司对煤场进行封闭改造，对原有煤场加装封闭干煤棚。封闭改造后我公司总储煤量10万吨，斗轮机A场地可以堆煤8万吨，斗轮机B场地只可以堆煤2万吨，由此可见今后大部分煤炭的堆放将要堆放在斗轮机A场地，因此斗轮机A将承担大部分堆取料工作，斗轮机A能否安全可靠的运行将直接影响到我公司机组正常运行。（2）我公司斗轮机A电控系统为1994年建厂时开始使用，斗轮机A原电控系统采用MODICON PLC和日本三垦变频器，该PLC系列已经停产多年，备件费用高昂甚至买不到。电气设备严重老化，导致故障率高，而且故障排除非常困难，严重影响斗轮机的安全运行。（3）斗轮机A 各机构驱动电机为94年出厂时配备电动机，在中华人民共和国工业和信息化部2012年发布的《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）》中，斗轮机A中主要电动机皆被标注为淘汰产品。

（4）掺烧任务持续紧张，斗轮机A运行时发生故障就会影响到掺烧任务顺利完成。综合以上情况我们对斗轮机A电控系统进行了整体改造升级，并更换原电机改为能耗较低的节能电机，以降低设备能耗。此次改造为期15天，主要改造内容包括电气房、高压室、司机室的整体更换，大车、回转、小皮带及斗轮的电动机更换，其中电气房和司机室内的电气柜及柜内元器件全部改为由ABB公司生产，电动机则由宁波东力公司生产。

二、元器件的更换

在柜内更换的元器件中，最为重要的莫过于几大核心机构的变频器以及皮带机的软启动器。此次变频器采用的型号是ACS880，与上一代ACS800变频器相比，ACS880具备以下优势：

（1）更优化的电机控制性能。①同一固件用于不同电机（IM，PM，SynRM）替代用于ACS800的标准和系统控制程序。②更快的给定（10ms变为2ms）。③支持高速电机频率可达500HZ。④支持绝对值编码器和旋转变压器。

（2）更直观的人机界面（HMI）。①直观的助手功能便于设置。②灵活的帮助键。③20种以上语言可用。④入门级的可设置，调试及监控。⑤专家级的应用包括控制诊断，安全设置，传动间通讯。

（3）最优化的尺寸和成本以提升竞争力。①ACS880模块和柜体传动尺寸显著减小。②小功率段产品更具价格竞争力。③挂壁式产品功率范围从160KW扩大至250KW。④易于替换ACS800模块的设计。

（4）更强大的安全功能。①内置的安全转矩功能为标准配置SIL3。②安全功能模块FSO（SS1，SBC，SLS）作为可选件。③Drive composer pro用于安全功能组态。④安全功能设计工具FSDT-01计算安全数据和级别。

（5）更灵活通用的连接。①通用的可选件模块平台适用于多种新型ABB传动包括直流和中压传动。②改良的更快速的现场总线性能。③USB或以太网连接PC工具。

（6）更高的可靠性，更好的服务和维护。①存储单元易于传动的替换和配置。②一件诊断pc工具。③电路板在一个密封的PCB空间内。④改进的可靠性测试。

综上所述，ACS880拥有全新的模型，全新的处理器，全新的IGBT，更大的储存器，尤其在电机建模、用户自定义模型的开关频率、处理速度、给定响应速度都有了明显的提高，启动转矩和精度更高，在低速时转矩更加平稳，同一台变频器就能控制异步电机、同步电机和磁阻电机，最大输出频率可达500HZ，支持双总线。其体积也更小，并且拥有更好的冷却能力，卓越的DTC速度和转矩控制，宽范围的安全功能结构以及更高的可靠性和更好地服务性。

另一个新增的重要部件是皮带电机软启动器，它是具有当今国际领先水平的新型启动设备，采用了电力电子技术，现代控制理论及微处理技术。软启动器能够有效地限制交流异步电机在启动时所产生的启动电流，可以被广泛地应用于水泵、风机、压缩机及输送类及负载，是传统的磁控降压、星-三角转换、自耦降压等降压设备的理想替代品，并且填补了星-三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟。

电动机软启动通过采用补偿、降压或变频等手段，实现对电动机及其他机械负载的平滑启动，减少启动时电流对电网的影响程度，使电网和机械系统得到保护，其主要功能如下：①使电动机的输出力矩满足机械系统对启动力矩的要求，保证平滑加速和过度，避免破坏性力矩的产生和冲击。②使启动电流满足电动机的最大承受能力，避免电动机启动时因发热造成绝缘的破坏或烧毁。③使启动电流满足电网对电能质量的相关标准要求，减少电压暂降的幅度，减少高次谐波的产生。

电机软启动器自身并不节能，首先它不是用电设备，只是简单的功能产品，能实现电动机的软启动;其次它只在电机启动时短时工作，启动结束后便退出，但电机软启动技术的广泛应用可以实现拖动系统节能。首先是降低电机启动时对电力系统的要求，变压器选用可保证始终运行在经济运行区，降低变压器运行损耗，从而达到节能的效果。其次，电机启动时交由软启动器来解决，避免了大马拉小车的现象。

此外，软启动器还具备如下保护功能：①缺相保护：软起动器随时检测电机工作时三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护动作。②过载保护：软启动器引进了电流控制环，因此能够随时跟踪检测电机电流的变化情况。通过增加过载电流的设定和反时限的控制模式，实现了过载保护的功能，使电机在过载时，能够关断晶闸管并发出报警信号。③同相短路：通过内部保护器可以在可控硅同相间击穿时，作出保护动作从而不能启动，保证不会因可控硅故障后仍启动而造成其它元件的过流损坏。④过热保护：通过软起动器内部的热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦温度超过允许值后便自动关断晶闸管，并发出报警信号。⑤其它功能：通过对电子电路的组合，还可以在系统中实现其它各种联锁的保护。

软启动器于20世纪70年代末和80年代初投入市场，随着时代的发展，它的功能日益完善，在电力生产行业中已占据一席之地，相信在不久的将来，它将带给我们更多的惊喜。

三、电动机的更换

原先使用的大车、回转、皮带和斗轮电机型号老旧，能耗大，已被国家列为高能耗淘汰产品，因此更换电机的任务迫在眉睫，为了更好地满足国家节能降耗，绿色能源的主张和倡导，我们将原电机更换为低能耗，更环保的高效节能电机。

節能环保是目前全世界的共同话题，各国使用的电机也正朝着高效节能的方向在发展，我国也不例外，并且制定了相关的国家标准，如《高耗能落后机电设备淘汰目录》等，都对我国各企业使用和生产的电机提出了明确要求和标准。各发达国家也都相继制定了电机的能效标准。欧美等发达国家更是不断地提高电机能效准入标准，基本已经做到了高效节能电机全覆盖，部分地区已经开始使用超高效节能电机。

我国针对各中小型电机企业的政策就是推广节能高效电机。节能高效电机与一般电机相比，能耗平均降低20%、效率可以提高2%-7%;超高效节能电机则比普通节能高效电机效率平均再提高2%。高效节能电机的使用对于国家推行节能降耗战略的意义十分重大。并且其所产生的利润更是相当可观。以我国为例，2011年全国用电量约为47033亿千瓦时，如果以使用中小型节能高效电机提高4%的效率来计算，全国可节电约1052亿千瓦时，可减少3550万吨标准煤，减少二氧化碳排放量9348万吨，二氧化硫排放量31万吨。这些数据使我们更加坚定了使用高效节能电机的信心和决心，也加快了推广高效节能电机的步伐。

除了环保效益高之外，对于企业的收益及设备的使用寿命而言，高效节能电机同样有着其巨大的优势：①节约能源、降低长期连续运行所需成本，非常适合风机、纺织、压缩机、水泵使用，靠节电一年便可基本收回电机购置的成本;②直接启动、或用变频器调速启动，可全面更换异步电机;③电机功率因数可以接近1，提高电网的电量品质，无需增加功率因数补偿器;④电机产生的电流小，节约输配电的容量，延长系统整体运行的寿命;⑤快速回收成本：以75千瓦电机为例，高效电机比一般电机节电16℅，按照每度电0.5元计算，使用节能电机一年内靠节电便可收回更换电机所产生的费用。

四、总结

通过这次改造，斗轮机A这台钢铁巨兽犹如劫后重生般，焕发出新的光彩，希望在今后的堆取料工作中，这台猛兽能够发挥出他的重要作用，在保证自身低故障率的同时，能提高整个输煤系统的输煤率，保障机组燃料的正常供应，在为公司创造更高收益的同时，也能在节能降耗方面做出自己的贡献。