斗轮堆取料机的电气改造

斗轮堆取料机的电气改造
摘要：斗轮机是在散货堆场中，既能堆料又能取料的大型高效率连续装载机械。

它适用于轻比重松散物料，如煤，盐，砂等堆场中。

在斗轮机的主要金属结构完好的情况下，对其电气设备进行技术改造，可有效延长整机的工作寿命。

关键词：斗轮堆取料机电气设备技术改造
斗轮机是在散货堆场中，既能堆料又能取料的大型高效率连续装载机械。

它适用于轻比重松散物料，如煤，盐，砂等堆场中。

目前有大量煤炭装卸任务的海港和内河港口中，在专用的系列化码头上，广泛使用这类机械。

某公司有四台斗轮机，由日本日立公司于上世纪八十年代中期设计制造。

经过二十多年的使用，在斗轮机的主要金属结构完好的情况下，为延长整机的工作寿命，有必要对其电气设备进行技术改造。

1 电气设备的现状
斗轮机原PLC系统的型号为日立公司的P1000。

该系列的PLC在日本已经停产多年，备件费用高昂甚至买不到。

另外，原来监测PLC用的是20多年前的日立专用CRT显示器和编程器，这套工具在现场使用，很不方便而且随时有失效的可能。

斗轮机的主要运动机构及其功能如下：1）行走机构由3台22KW交流电动机拖动，通过电机的正反转实现斗轮机在铁轨上的前后走动，采取定子回路串入晶闸管交流调压器和转子回路串接电阻相结合的调速方法。

2）变幅机构由1台11KW交流电动机拖动臂架上升，下降，目的是实现堆，取料高度，采取转子回路串接电阻调速。

3）旋转机构由1台11KW交流电动机拖动臂架左旋，右旋，目的是实现堆，取料宽度，采取型号为HFC-VWC22HC的反相变换器来控制。

虽然原控制系统中引入了PLC，但PLC采集的点很少。

各个机构的联锁保护基本上用非常复杂的继电器逻辑来实现。

原控制系统经过20多年的运行，电气设备严重老化，导致故障率高，而且故障排除非常困难，严重影响斗轮机的输送能力。

斗轮机的效率低于原设计指标，斗轮机运行的可靠性和安全性难以保证。

而目前的生产任务持续紧张，不解决这个问题，就会影响到生产任务顺利完成。

鉴于以上问题，斗轮机的电气设备技术改造是非常必要的。

2 电气设备技术改造的方案
基于对原系统的分析和目前PLC的发展现状，改造后的斗轮机控制系统由GE90-30PLC和GE触摸屏组成。

GE公司的90-30PLC是GE FANUC系列90可
编程控制器家族中的一员，提供最先进的编程特性，易于组态便于安装。

新PLC 处理器选用高性能的CPU363型，其程序运行速度高，可达0.22ms/k布尔指令，并带有串行通讯口。

它能快速地执行程序逻辑，并可在线监视和更新程序，便于现场调试。

GE公司的QUICK PANEL触摸屏是12英寸彩色屏。

耐环境等级达到IP65F；2MB的闪存加备用电池SDRAM，以防电源丢失；可与多家PLC现场总线建立通信。

CPU363和QUICK PANEL之间为串口通讯。

GE90-30PLC和GE触摸屏的软件采用GE公司的Proficy Machine Edition编程软件包来编写。

它是GE FANUC基于Windows基础上的最新一代的自动化软件，它包括View（专门用于监视设备状态的监控软件，可支持QUICK PANEL触摸屏）和Logic Developer-PLC（用于配置和编写程序，针对所有的GE FANUC PLC）等。

PLC 程序采用模块化的编程方法，可读性强，易于维护。

设备的联锁控制都做在PLC 程序里，从而省去了原来的继电器联锁回路。

PLC程序主要包括以下模块：输入信号处理模块；设备故障处理模块；流程选择启动和停止模块；输出信号处理模块等。

下图为GE PLC中斗轮机行走机构的一段程序：
现在，电力电子技术已经广泛应用于电气工程中，这几台斗轮机的主要运动机构采用变频控制成为可能。

ABB公司的ACS800 是最新一代全数字交流变频器，能达到控制交流电机的完美极限。

ACS800是第一代采用直接转矩控制技术(DTC)的交流变频器，它能够在没有光码盘或测速电机的反馈的条件下，精确控制任何标准鼠笼电机的速度和转矩。

我们选定了三台ACS800变频器去分别控制行走机构,变幅机构和旋转机构。

将各台绕线电机转子短接，拆除大量电阻箱。

PLC对这三台变频器都用点对点的方式进行控制.也就是说,司机室的手柄数字输入信号DI接入PLC, PLC的数字输出信号DO (正转,反转,加速)接入变频器的电机控制和I/O电路板( RMIO )的控制端子上。

这样，加几个信号给变频器，变频器就能拖动电机运行。

ACS800变频器装配有带液晶显示屏的控制盘CDP312,通过它，可以设定参数，也可以监控变频器故障。

直接转矩控制变频调速技术,是近十几年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术.直接转矩控制有以下几个主要特点:
1）直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流异步电动机的数学模型,控制其磁链和转矩.因此,它所需要的信号处理特别简单；
2）直接转矩控制磁场定向用的是定子磁链,只要知道定子电阻就可以把定子磁链观测出来；
3）直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析异步电动机的数学模型并控制其物理量,使问题变得简单明了；
4）直接转矩控制把转矩直接作为被控量；
5）直接转矩控制利用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算电动机的转矩,借助于开关控制产生PWM(脉宽调制)信号,它没有通常的PWM信号发生器.该控制系统的转矩响应迅速,且无超调,是一种高性能的交流调速方法。

下图为斗轮机行走机构ABB变频器的第99组参数(启动数据)：
3 电气设备技术改造的实施：
拆除P1000旧系统，原P1000系统及其模块主要分布RAPP柜内。

RAPP柜体保留。

RAPP柜内除保留下列设备外，其它元器件基本拆除：TB1至TB17；安装新PLC模块，据统计，原P1000有DI通道128点，DO通道144点。

现在更换为5个DI(每个32点)模块和4个DO(每个32点)模块,已经预留足够多的备用点。

PLC输入信号可以从原柜内端子排获取，由于要取消的中间继电器比较多，输出信号回路改动量稍大，但基本上还是在柜内改线。

行走机构：行走机构将作为一个独立的机构来完成，包括行走的控制，电缆转盘，夹轨器，以及水缆控制。

拆除旧的调速器VC CONTROL 控制箱，拆除用来切换电阻片的接触器，只保留主开关CBGT，在旧的行走控制柜内安装变频器和控制箱，大车变频器的制动电阻采用原切换用的电阻。

现场的限位开关信号经过继电器隔离进24V的模块。

拆除大车旧系统：原大车系统及其控制柜主要分布RPP2和RARP柜内。

保留下列设备：CBGT、75GT、EFGTU、EFGTV、EFGTWCBCR,52CR,49CR,2CRT,33GT3X,33GT4X,33GT5X,33GT6X,33GT7X,33 GT8X,33ANCX,33GT9X,MRX,FX,RX,75GT,75GT2X ,COTX,49CRX。

变幅机构：变幅机构准备作为一个独立的机构来完成，拆除旧回路，拆除用来切换电阻片的接触器，只保留主开关CBBH，在旧的变幅控制柜内安装变频器和控制箱，变幅变频器的制动电阻采用原切换用的电阻。

现场的限位开关信号经过继电器隔离进24V的模块。

旋转机构的改造方式与变幅机构的相同。

故障显示硬件选用GE触摸屏，都是适合工业控制用的成熟产品，可靠性和稳定性是有保障的。

增加状态监测、故障跟踪显示、数据本地保存，故障后系统恢复等功能，使司机操作更加简洁、方便。

操作台手柄和按扭信号直接进入PLC控制；预留一个DI和DO模块的点；控制手柄采用现使用的手柄。

外加控制电源隔离变压器和开关电源。

同中控室采用MODBUS的通讯方式；旋转角度的处理，采用加装绝对值编码器或者加装限位开关的形式来处理，这样就不会受到干扰。

如上所述，拆装和重新布线、接线，用时10天左右。

4 改造效果检查
该机电气改造后，各机构动作准确、灵活，易于操作，状态指示清晰、操作系统稳定，未出现错误动作现象，设备的完好率保持97%以上。

这次技改完全依靠自身的技术力量完成，既提高了技术人员的素质，又加深了对设备的了解，为日后的维护工作打下了很好的基础，同时也为公司节约了一大笔费用。

升级改造非常成功，系统投入运行后，状态优良。

首先摆脱了老化的继电器控制逻辑，加上配备了故障显示触摸屏，设备的故障定位准确明晰，大大减少了维修时间。

参考文献
[1]莫剑.斗轮堆取料机电气改造.电力安全技术,2002.2.
[2]莫剑.输煤系统斗轮堆取料机电气改造.华东电力,2001.7.
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