摘要：
　　　　　針對(duì)門式起重機(jī)的相關(guān)設(shè)備的老化情況柒杯，分析了起重機(jī)的運(yùn)行特性掸枉，提出起重機(jī)的一種先進(jìn)的改造方案八领，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。
　　　關(guān)鍵詞：
　　
　　　　門式起重機(jī) 變頻器 可編程控制器
　　　一磷妻、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)鼠灼，公司的卸船作業(yè)主要依賴兩臺(tái)橋吊和四臺(tái)門機(jī)設(shè)備，裝卸機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的好壞搁赘，直接影響到公司卸船作業(yè)效率眯词。2號(hào)帶斗門機(jī)（SU2）電控是1985年引進(jìn)日本日立公司的設(shè)備，起升愁反、開閉延届、變幅機(jī)構(gòu)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是調(diào)速電阻發(fā)熱嚴(yán)重贸诚，導(dǎo)致環(huán)境溫度迅速上升方庭，綜合性能指標(biāo)差，效率低酱固；異步電機(jī)有集電環(huán)和電刷械念，要求定期維護(hù)。再加上大量繼電器运悲、接觸器的使用龄减，導(dǎo)致故障頻繁，維護(hù)量大班眯。電氣制動(dòng)采用渦流電機(jī)制動(dòng)希停，動(dòng)態(tài)性能差而且耗能高∈鸢可編程控制器采用日立八十年代的產(chǎn)品宠能，只能處理簡(jiǎn)單的開關(guān)量程拭，掃描時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致機(jī)械作業(yè)效率低盼掘。為此決定對(duì)該設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)改造督羊，傳動(dòng)上升級(jí)為變頻調(diào)速，控制上升級(jí)成現(xiàn)在較先進(jìn)的PLC 彰巫。
　　電控新技術(shù)在門機(jī)上應(yīng)用后塑赁，與原系統(tǒng)相比可帶來(lái)以下效益。
　　1） 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變硬童丢，定位精確糠味，可以提高卸船效率。
　　2） 運(yùn)行平穩(wěn)择车，起渊伐、制動(dòng)平緩，運(yùn)行中加阀严、減速時(shí)對(duì)整機(jī)的沖擊減小多析，安全性提高，延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命砚凳。
　　3） 拆除渦流制動(dòng)裝置初祠，電氣制動(dòng)由變頻器實(shí)現(xiàn)，降低了能耗同時(shí)也減少了維護(hù)量鳄橘。
　　4） 機(jī)械制動(dòng)在電機(jī)速度接近零速時(shí)投入声离，所以機(jī)械剎車的制動(dòng)片壽命大大延長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用下降瘫怜。
　　5） 將原來(lái)的繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的調(diào)速電阻拆除术徊；短接集電環(huán)把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)當(dāng)作鼠籠電機(jī)使用，節(jié)約了更換電機(jī)的成本鲸湃。
　　6） 交流接觸器大量減少赠涮，電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；避免了因接觸器觸頭頻繁動(dòng)作而燒毀以及由此引起的電機(jī)損壞故障唤锉。
　　7） 結(jié)合功能強(qiáng)大的PLC以及變頻器自身的保護(hù)世囊、檢測(cè)、故障報(bào)警等功能窿祥，可大幅提高電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性株憾。
　　8） 原PLC備件廠家已經(jīng)停產(chǎn)，只能按照?qǐng)D紙另請(qǐng)廠家定制晒衩，成本高昂嗤瞎。升級(jí)后PLC價(jià)格合理，備件充足囚缝，降低了設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)糠歧。
　　
　　二抄瀑、帶斗門機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)
　　1） 門機(jī)在起動(dòng)時(shí)應(yīng)具有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩的150%预第。
　　2） 當(dāng)抓斗下降時(shí)隆惊，電機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋害媚。
　　3） 起升蹬寸、開閉機(jī)構(gòu)在抓斗滿載突然打開和由空載挖煤時(shí)負(fù)載會(huì)急劇變化。
　　4） 由于機(jī)械制動(dòng)的存在财军，電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)之間存在切換广柴，切換不能平滑完成，時(shí)有墜斗現(xiàn)象欧移。
　　5） 變幅機(jī)構(gòu)的變幅巴桿嘴在35米處和9米處準(zhǔn)確停止才嘀，在8米處緊急停止。
　　6） 起升时簸、開閉跋炕、變幅機(jī)構(gòu)的調(diào)速通過(guò)觸點(diǎn)式手柄完成調(diào)速電阻切換，切換時(shí)電機(jī)電流突變土居，沖擊較大枣购。
　　
　　三、改造后的構(gòu)成
　　　　根據(jù)門機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)擦耀，同時(shí)為了滿足門機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低速滿轉(zhuǎn)矩涩堤、快速的轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間和抱閘順序控制功能的要求眷蜓，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胎围，用PLC和變頻器組成一個(gè)多傳動(dòng)控制系統(tǒng)吁系。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊白魂，占用空間小汽纤、維護(hù)方便。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一福荸。

　圖一 系統(tǒng)構(gòu)成NDBU-85—總線適配器 TSU—晶閘管供電單元
　　1蕴坪、 AC80可編程控制器
　　　　AC80（Advance controller）是專為傳動(dòng)設(shè)計(jì)的高性能PLC，負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的邏輯控制疤草、開關(guān)量處理础甜、數(shù)據(jù)通訊等。能通過(guò)DRIVEBUS（傳動(dòng)總線）控制各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)孩板。
　　
　　2怨拍、 NDBU-85總線適配器
　　　　將來(lái)自AC80的傳動(dòng)控制指令按照要求發(fā)給相應(yīng)傳動(dòng)點(diǎn)浙梗，并將每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的狀態(tài)信息通過(guò)光纜反饋給AC80。
　　
　　3灰蒋、 ACS600 TSU（晶閘管供電單元）
　　　　如圖二所示务冠，晶閘管供電單元的主要元件是兩個(gè)六脈波晶閘管橋。正橋?qū)⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電萍捌，然后通過(guò)中間的直流環(huán)節(jié)將電能輸送給傳動(dòng)部分（逆變器）歧蛾。無(wú)論何時(shí)需要將多余的電機(jī)制動(dòng)能量反饋回給電網(wǎng)時(shí)反橋就會(huì)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辱矮、 ACS600逆變器
　　　　逆變器將來(lái)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(jī)喝爽。在抓斗下降過(guò)程中將電機(jī)制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)技術(shù)愿瘫，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制年堆，無(wú)需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。
　　在變幅機(jī)構(gòu)（圖三）上為了保證控制精度盏浇，準(zhǔn)確定位變幅距離变丧，在原來(lái)凸輪限位的基礎(chǔ)上加裝了絕對(duì)值編碼器和光電感應(yīng)開關(guān)，保證該機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定運(yùn)行绢掰。

　圖三 變幅機(jī)構(gòu)圖
　　
　　四痒蓬、改造及調(diào)試
　　1、拆除原來(lái)的電控系統(tǒng)中的PLC滴劲、調(diào)速電阻攻晒、渦流制動(dòng)電機(jī)、接觸器和中間繼電器班挖，將繞線異步電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)短接鲁捏；
　　2、 除原來(lái)的觸點(diǎn)式手柄更換成編碼器信號(hào)輸入的手柄萧芙；
　　3给梅、 安裝變幅機(jī)構(gòu)的光電感應(yīng)開關(guān)和編碼器；
　　4双揪、 安裝PLC控制柜和變頻器柜并鋪設(shè)控制電纜拯羽；
　　5、 鋪設(shè)動(dòng)力電纜链愉，完成動(dòng)力回路的接線工作谐创；
　　6、 檢查控制回路障浅、動(dòng)力回路接線是否正確师晨；
　　7、 系統(tǒng)上電并將編寫好的程序?qū)懭隤LC；
　　8研神、測(cè)試PLC的輸入惩凉、輸出信號(hào)并設(shè)置變頻器參數(shù)；
　　9纫益、對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別運(yùn)行 恒襟；
　　10、 調(diào)試變頻器啟停功能揍忍、調(diào)速功能并確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向;
　　11弯疾、 調(diào)試控制回路的連鎖、保護(hù)功能;
　　12逃糟、 整機(jī)空載調(diào)試,正常后進(jìn)行重載調(diào)試.
　　
　　五吼鱼、改造效果
　　　　我們經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方法分別檢測(cè)SU2的變幅、起升绰咽、開閉的穩(wěn)定性菇肃。抓斗額定負(fù)荷16噸，設(shè)定超負(fù)荷能力為120%取募，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到110%×16T時(shí)報(bào)警琐谤，達(dá)到118%×16T一檔起升1.5秒停止起起升，抓斗超負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確數(shù)字化玩敏。在抓斗滿負(fù)荷三檔起升下降時(shí)能準(zhǔn)確停止斗忌，無(wú)墜斗現(xiàn)象。抓斗旺聚、變幅加速減速平穩(wěn)织阳，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變幅鶴嘴準(zhǔn)確停止在9米翻屈，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8米造成的故障維修陈哑。

　　抓斗是位能性負(fù)載，在下降制動(dòng)過(guò)程中起升開閉電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)奋肄，改造后實(shí)現(xiàn)能量回饋電網(wǎng)，節(jié)電效果明顯折扮。我們統(tǒng)計(jì)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(lái)系統(tǒng)省電30%逃口。

　　表2 SU2用電情況對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

　　改造前的系統(tǒng)需要每個(gè)季度更換一次主接觸器和輔助接觸器的觸頭,這些觸頭費(fèi)用昂貴并且安裝時(shí)消耗大量人力，維護(hù)花費(fèi)達(dá)到30000元/月竭豺。改造后只需要對(duì)變頻器定期清理維護(hù)编苛，節(jié)省了維護(hù)成本。

表3 2002年第一季度成本節(jié)約統(tǒng)計(jì)表

　　　　由上表可以看出裤魔，系統(tǒng)改造后每個(gè)季度可以為公司節(jié)省成本12萬(wàn)多元娜摇，大大提高了我公司的經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　六、結(jié)束語(yǔ)
　　　　此次改造將SU2起升沿信、開閉纲析、變幅三大機(jī)構(gòu)創(chuàng)造性地提升為全變頻調(diào)速,作為位能性負(fù)載,這種提升在港口機(jī)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(jiǎn)單组漏，而且調(diào)速范圍可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速农浓。即使起升、開閉機(jī)構(gòu)在開環(huán)控制下也有較高的精度觅赊，機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)右蕊，減少?zèng)_擊，延長(zhǎng)了金屬結(jié)構(gòu)壽命吮螺。比較徹底地改變這三大機(jī)構(gòu)由于控制方式上的缺陷饶囚，引發(fā)故障率高，能耗高的技術(shù)難題鸠补，為我公司的其它三臺(tái)門機(jī)的改造提供了很好的樣本萝风。