摘要：
　　　　　針對(duì)門(mén)式起重機(jī)的相關(guān)設(shè)備的老化情況,，分析了起重機(jī)的運(yùn)行特性，提出起重機(jī)的一種先進(jìn)的改造方案,，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性,。
　　　關(guān)鍵詞：
　　
　　　　門(mén)式起重機(jī) 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(tái)橋吊和四臺(tái)門(mén)機(jī)設(shè)備,，裝卸機(jī)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(hào)帶斗門(mén)機(jī)（SU2）電控是1985年引進(jìn)日本日立公司的設(shè)備,，起升、開(kāi)閉、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,，導(dǎo)致環(huán)境溫度迅速上升，綜合性能指標(biāo)差,，效率低,；異步電機(jī)有集電環(huán)和電刷，要求定期維護(hù),。再加上大量繼電器,、接觸器的使用，導(dǎo)致故障頻繁,，維護(hù)量大,。電氣制動(dòng)采用渦流電機(jī)制動(dòng)，動(dòng)態(tài)性能差而且耗能高,?？删幊炭刂破鞑捎萌樟耸甏漠a(chǎn)品，只能處理簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量,，掃描時(shí)間長(zhǎng),，導(dǎo)致機(jī)械作業(yè)效率低。為此決定對(duì)該設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)改造,，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 。
　　電控新技術(shù)在門(mén)機(jī)上應(yīng)用后,，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，定位精確,，可以提高卸船效率,。
　　2） 運(yùn)行平穩(wěn)，起,、制動(dòng)平緩,，運(yùn)行中加、減速時(shí)對(duì)整機(jī)的沖擊減小,，安全性提高,，延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命。
　　3） 拆除渦流制動(dòng)裝置,，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。
　　4） 機(jī)械制動(dòng)在電機(jī)速度接近零速時(shí)投入,，所以機(jī)械剎車(chē)的制動(dòng)片壽命大大延長(zhǎng),，維護(hù)費(fèi)用下降,。
　　5） 將原來(lái)的繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的調(diào)速電阻拆除；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,。
　　6） 交流接觸器大量減少，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,。
　　7） 結(jié)合功能強(qiáng)大的PLC以及變頻器自身的保護(hù)、檢測(cè),、故障報(bào)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?qǐng)D紙另請(qǐng)廠家定制,，成本高昂。升級(jí)后PLC價(jià)格合理,，備件充足,，降低了設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　二,、帶斗門(mén)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)
　　1） 門(mén)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%。
　　2） 當(dāng)抓斗下降時(shí),，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,。
　　3） 起升,、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)在抓斗滿載突然打開(kāi)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,，電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)之間存在切換,，切換不能平滑完成，時(shí)有墜斗現(xiàn)象,。
　　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,，在8米處緊急停止。
　　6） 起升,、開(kāi)閉,、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,，沖擊較大,。
　　
　　三、改造后的構(gòu)成
　　　　根據(jù)門(mén)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn),，同時(shí)為了滿足門(mén)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,、低速滿轉(zhuǎn)矩,、快速的轉(zhuǎn)矩上升時(shí)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(gè)多傳動(dòng)控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、緊湊,，占用空間小、維護(hù)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(zhuān)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,、開(kāi)關(guān)量處理、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),。
　　
　　2、 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),，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、 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(gè)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(guò)中間的直流環(huán)節(jié)將電能輸送給傳動(dòng)部分（逆變器）,。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、 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),。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)，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制,，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，準(zhǔn)確定位變幅距離,，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(kāi)關(guān),，保證該機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　圖三 變幅機(jī)構(gòu)圖
　　
　　四,、改造及調(diào)試
　　1,、拆除原來(lái)的電控系統(tǒng)中的PLC、調(diào)速電阻,、渦流制動(dòng)電機(jī),、接觸器和中間繼電器,，將繞線異步電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)短接；
　　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,；
　　3、 安裝變幅機(jī)構(gòu)的光電感應(yīng)開(kāi)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(dòng)力電纜,，完成動(dòng)力回路的接線工作；
　　6,、 檢查控制回路,、動(dòng)力回路接線是否正確；
　　7,、 系統(tǒng)上電并將編寫(xiě)好的程序?qū)懭隤LC,；
　　8、測(cè)試PLC的輸入,、輸出信號(hào)并設(shè)置變頻器參數(shù),；
　　9、對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別運(yùn)行 ,；
　　10,、 調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能并確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向;
　　11,、 調(diào)試控制回路的連鎖,、保護(hù)功能;
　　12、 整機(jī)空載調(diào)試,正常后進(jìn)行重載調(diào)試.
　　
　　五,、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,、開(kāi)閉的穩(wěn)定性,。抓斗額定負(fù)荷16噸，設(shè)定超負(fù)荷能力為120%,，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到110%×16T時(shí)報(bào)警,，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,。在抓斗滿負(fù)荷三檔起升下降時(shí)能準(zhǔn)確停止,，無(wú)墜斗現(xiàn)象。抓斗,、變幅加速減速平穩(wěn),，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，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(fù)載,，在下降制動(dòng)過(guò)程中起升開(kāi)閉電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，改造后實(shí)現(xiàn)能量回饋電網(wǎng),，節(jié)電效果明顯,。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%。

　　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,。改造后只需要對(duì)變頻器定期清理維護(hù)，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,，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，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、開(kāi)閉,、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(jiàn)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，而且調(diào)速范圍可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速,。即使起升,、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)在開(kāi)環(huán)控制下也有較高的精度，機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn),，減少?zèng)_擊,，延長(zhǎng)了金屬結(jié)構(gòu)壽命。比較徹底地改變這三大機(jī)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(tái)門(mén)機(jī)的改造提供了很好的樣本,。