摘要：
針對門式起重機的相關(guān)設(shè)備的老化情況,，分析了起重機的運行特性,，提出起重機的一種先進的改造方案，提高了設(shè)備的運行效率和穩(wěn)定性,。
關(guān)鍵詞：
門式起重機 變頻器 可編程控制器
一,、前言
廣州港西基港務(wù)公司主要從事煤炭的裝卸業(yè)務(wù)，公司的卸船作業(yè)主要依賴兩臺橋吊和四臺門機設(shè)備,，裝卸機械設(shè)備狀態(tài)的好壞,，直接影響到公司卸船作業(yè)效率。2號帶斗門機（SU2）電控是1985年引進日本日立公司的設(shè)備,，起升、開閉,、變幅機構(gòu)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,，這種調(diào)速方法的缺點是調(diào)速電阻發(fā)熱嚴重，導(dǎo)致環(huán)境溫度迅速上升,，綜合性能指標差,，效率低；異步電機有集電環(huán)和電刷,，要求定期維護,。再加上大量繼電器、接觸器的使用,，導(dǎo)致故障頻繁,，維護量大。電氣制動采用渦流電機制動,，動態(tài)性能差而且耗能高,。可編程控制器采用日立八十年代的產(chǎn)品,，只能處理簡單的開關(guān)量,，掃描時間長,，導(dǎo)致機械作業(yè)效率低。為此決定對該設(shè)備進行全面升級改造,，傳動上升級為變頻調(diào)速,，控制上升級成現(xiàn)在較先進的PLC 。
電控新技術(shù)在門機上應(yīng)用后,，與原系統(tǒng)相比可帶來以下效益,。
1） 電動機機械特性變硬，定位精確,，可以提高卸船效率,。
2） 運行平穩(wěn)，起,、制動平緩,，運行中加、減速時對整機的沖擊減小,，安全性提高,，延長了機械的使用壽命。
3） 拆除渦流制動裝置,，電氣制動由變頻器實現(xiàn),，降低了能耗同時也減少了維護量。
4） 機械制動在電機速度接近零速時投入,，所以機械剎車的制動片壽命大大延長,，維護費用下降。
5） 將原來的繞線轉(zhuǎn)子異步電機的調(diào)速電阻拆除,；短接集電環(huán)把繞線轉(zhuǎn)子異步電機當(dāng)作鼠籠電機使用,，節(jié)約了更換電機的成本。
6） 交流接觸器大量減少,，電機實現(xiàn)無級調(diào)速,；避免了因接觸器觸頭頻繁動作而燒毀以及由此引起的電機損壞故障。
7） 結(jié)合功能強大的PLC以及變頻器自身的保護,、檢測,、故障報警等功能，可大幅提高電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
8） 原PLC備件廠家已經(jīng)停產(chǎn),，只能按照圖紙另請廠家定制，成本高昂,。升級后PLC價格合理,，備件充足，降低了設(shè)備風(fēng)險。
二,、帶斗門機的運行特點
1） 門機在起動時應(yīng)具有大的起動轉(zhuǎn)矩,，通常超過額定轉(zhuǎn)矩的150%。
2） 當(dāng)抓斗下降時,，電機將處于再生發(fā)電狀態(tài),，其能量要向電源側(cè)回饋。
3） 起升,、開閉機構(gòu)在抓斗滿載突然打開和由空載挖煤時負載會急劇變化,。
4） 由于機械制動的存在，電氣制動與機械制動之間存在切換,，切換不能平滑完成,，時有墜斗現(xiàn)象。
5） 變幅機構(gòu)的變幅巴桿嘴在35米處和9米處準確停止,，在8米處緊急停止,。
6） 起升、開閉,、變幅機構(gòu)的調(diào)速通過觸點式手柄完成調(diào)速電阻切換,，切換時電機電流突變，沖擊較大,。
三,、改造后的構(gòu)成
根據(jù)門機的運行特點，同時為了滿足門機高起動轉(zhuǎn)矩,、低速滿轉(zhuǎn)矩,、快速的轉(zhuǎn)矩上升時間和抱閘順序控制功能的要求，我們選擇了ABB的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器,，相應(yīng)地為了與變頻器匹配選擇ABB的AC80（Advant controller）PLC,，用PLC和變頻器組成一個多傳動控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單,、緊湊,，占用空間小,、維護方便,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一。
圖一 系統(tǒng)構(gòu)成NDBU-85—總線適配器 TSU—晶閘管供電單元
1,、 AC80可編程控制器
AC80（Advance controller）是專為傳動設(shè)計的高性能PLC,，負責(zé)整個設(shè)備的邏輯控制、開關(guān)量處理,、數(shù)據(jù)通訊等,。能通過DRIVEBUS（傳動總線）控制各個傳動機構(gòu)。
2、 NDBU-85總線適配器
將來自AC80的傳動控制指令按照要求發(fā)給相應(yīng)傳動點,，并將每個傳動點的狀態(tài)信息通過光纜反饋給AC80,。
3、 ACS600 TSU（晶閘管供電單元）
如圖二所示,，晶閘管供電單元的主要元件是兩個六脈波晶閘管橋,。正橋?qū)⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電，然后通過中間的直流環(huán)節(jié)將電能輸送給傳動部分（逆變器）,。無論何時需要將多余的電機制動能量反饋回給電網(wǎng)時反橋就會將直流電轉(zhuǎn)換成交流電,。
3a:正橋3b:反橋L:中間電路電抗器 V11-V16:正橋晶閘管V21-V26:反橋晶閘管 Ud: 晶閘管供電單元直流電壓 Uc:中間直流電路電壓 圖二 TSU主電路
4、 ACS600逆變器
逆變器將來自供電單元的直流根據(jù)AC80的控制指令轉(zhuǎn)換成交流輸出到電機,。在抓斗下降過程中將電機制動產(chǎn)生的能量整流成直流送回直流母排回饋給供電單元,。由于ACS600多傳動系統(tǒng)采用先進的DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)技術(shù)，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制,，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制,。
在變幅機構(gòu)（圖三）上為了保證控制精度，準確定位變幅距離,，在原來凸輪限位的基礎(chǔ)上加裝了絕對值編碼器和光電感應(yīng)開關(guān),，保證該機構(gòu)安全穩(wěn)定運行。
圖三 變幅機構(gòu)圖
四,、改造及調(diào)試
1,、拆除原來的電控系統(tǒng)中的PLC、調(diào)速電阻,、渦流制動電機,、接觸器和中間繼電器，將繞線異步電機轉(zhuǎn)子集電環(huán)短接,；
2,、 除原來的觸點式手柄更換成編碼器信號輸入的手柄；
3,、 安裝變幅機構(gòu)的光電感應(yīng)開關(guān)和編碼器,；
4、 安裝PLC控制柜和變頻器柜并鋪設(shè)控制電纜,；
5,、 鋪設(shè)動力電纜，完成動力回路的接線工作,；
6,、 檢查控制回路、動力回路接線是否正確,；
7,、 系統(tǒng)上電并將編寫好的程序?qū)懭隤LC,；
8、測試PLC的輸入,、輸出信號并設(shè)置變頻器參數(shù),；
9、對電機進行參數(shù)識別運行 ,；
10,、 調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能并確定電動機轉(zhuǎn)向;
11,、 調(diào)試控制回路的連鎖,、保護功能;
12、 整機空載調(diào)試,正常后進行重載調(diào)試.
五,、改造效果
我們經(jīng)過現(xiàn)場實驗方法分別檢測SU2的變幅,、起升、開閉的穩(wěn)定性,。抓斗額定負荷16噸,，設(shè)定超負荷能力為120%，當(dāng)負荷達到110%×16T時報警,，達到118%×16T一檔起升1.5秒停止起起升,，抓斗超負荷保護實現(xiàn)準確數(shù)字化。在抓斗滿負荷三檔起升下降時能準確停止,，無墜斗現(xiàn)象,。抓斗、變幅加速減速平穩(wěn),，基本實現(xiàn)無級調(diào)速,。變幅鶴嘴準確停止在9米，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8米造成的故障維修,。
抓斗是位能性負載,，在下降制動過程中起升開閉電機處于發(fā)電狀態(tài)，改造后實現(xiàn)能量回饋電網(wǎng),，節(jié)電效果明顯,。我們統(tǒng)計改造前和改造后的用電情況后發(fā)現(xiàn)改造后系統(tǒng)比原來系統(tǒng)省電30%。
表2 SU2用電情況對比統(tǒng)計表
改造前的系統(tǒng)需要每個季度更換一次主接觸器和輔助接觸器的觸頭,這些觸頭費用昂貴并且安裝時消耗大量人力,，維護花費達到30000元/月,。改造后只需要對變頻器定期清理維護，節(jié)省了維護成本,。
表3 2002年第一季度成本節(jié)約統(tǒng)計表
由上表可以看出,，系統(tǒng)改造后每個季度可以為公司節(jié)省成本12萬多元,，大大提高了我公司的經(jīng)濟效益,。
六、結(jié)束語
此次改造將SU2起升、開閉,、變幅三大機構(gòu)創(chuàng)造性地提升為全變頻調(diào)速,作為位能性負載,這種提升在港口機械上的應(yīng)用是少見的,。這次改造汲取了直流控制的精確和交流控制的結(jié)構(gòu)簡單，而且調(diào)速范圍可連續(xù)無級調(diào)速,。即使起升,、開閉機構(gòu)在開環(huán)控制下也有較高的精度，機構(gòu)運行平穩(wěn),，減少沖擊,，延長了金屬結(jié)構(gòu)壽命。比較徹底地改變這三大機構(gòu)由于控制方式上的缺陷,，引發(fā)故障率高,，能耗高的技術(shù)難題，為我公司的其它三臺門機的改造提供了很好的樣本,。