1 引言
我廠造氣煤焦抓斗行車把煤場(chǎng)的煤抓到皮帶機(jī)上向煤氣爐供煤，每天供煤量達(dá)1000多噸，工作十分繁重，為達(dá)到重載啟動(dòng)，調(diào)速，靠采用交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)滑環(huán)碳刷串頻敏變阻器，電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于頻繁的切換，現(xiàn)場(chǎng)灰塵大，腐蝕潮濕等因素，長(zhǎng)期以來(lái)的故障率高，檢修費(fèi)用大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的連續(xù)性，歸納起來(lái)主要有以下問題。
(1) 因經(jīng)常處于啟動(dòng)變速，方向改變，采用數(shù)只交流接觸器切換，運(yùn)行時(shí)噪聲大，觸頭易磨損，可靠性差，燒壞接觸器相當(dāng)多，線圈耗電大。
(2) 由于電機(jī)用滑環(huán)碳刷作為引出，是動(dòng)靜過(guò)渡，經(jīng)常燒毛滑環(huán)，燒壞碳刷，造成電機(jī)燒壞，無(wú)法運(yùn)行，影響生產(chǎn)，更換碳刷量大，造成污染。
(3) 轉(zhuǎn)子回路靠串電阻，頻敏變阻器進(jìn)行啟動(dòng)調(diào)速，機(jī)械特性軟，調(diào)速為跳躍式，沖擊大，電能消耗大。
(4) 調(diào)速及啟動(dòng)線路十分復(fù)雜，接線多，操作程序難以保證，電纜根數(shù)增加，對(duì)電纜掛架造成重的負(fù)荷，使電纜易拉斷，扎破。
(5) 由于一直處于高暫載率，因此采用擴(kuò)大電機(jī)功率的辦法，直接的全速啟動(dòng)，對(duì)齒輪箱沖擊大，使齒輪箱經(jīng)常沖壞，而許多的電阻箱，頻敏變阻器造成行車十分擁擠，電機(jī)的空載損耗大。
(6) 抓斗工作的協(xié)調(diào)主要靠司機(jī)的熟練程度，采用支持、開閉雙手柄操作。由于支持、開閉機(jī)構(gòu)間沒有固定的聯(lián)系，在抓斗工作時(shí)司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。
(7) 在抓斗沉抓之后，起升的瞬間，支持、開閉電動(dòng)機(jī)受力不均勻，開閉電動(dòng)機(jī)單獨(dú)受力，易過(guò)載，造成電機(jī)損壞及鋼絲繩繼裂。 抓斗上升、下降報(bào)警極限位置不易控制，傳感接近開關(guān)很難長(zhǎng)期使用。為實(shí)現(xiàn)合適的抓斗工況，司機(jī)要經(jīng)常點(diǎn)動(dòng)操作或打反車，電器元件和電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于大電流工作狀態(tài)，降低了元件的使用壽命。
因此，我廠經(jīng)過(guò)多方考證，決定采用變頻技術(shù)對(duì)行車進(jìn)行改造。

2 變頻改造方案

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和元器件的成熟，變頻器在行車改造中有了成熟經(jīng)驗(yàn)，總的思路是用4臺(tái)變頻器，4臺(tái)可編程控制器，來(lái)控制行車的5臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，變頻調(diào)速，無(wú)觸點(diǎn)切換，提升開合4根鋼絲繩進(jìn)行速度配合，達(dá)到均勻受力，拉直運(yùn)行。系統(tǒng)主回路如圖1所示。

圖1 抓煤行車變頻改造主回路原理框圖

主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)為:
(1) 原五臺(tái)電機(jī)保留，將滑環(huán)拉出，轉(zhuǎn)子中心點(diǎn)直接短接，所有轉(zhuǎn)子回路的電纜，電阻器，頻敏變阻器及接觸器全部取消。
(2) 在行車上共裝設(shè)五只箱子，小車變頻器箱一只，提升電機(jī)變頻器箱一只，開閉電機(jī)變頻器箱一只，大車變頻器箱一只，制動(dòng)電阻箱一只，要求用不銹鋼板制作，內(nèi)有隔層，實(shí)現(xiàn)防腐，防潮，防塵，裝設(shè)正常照明燈和應(yīng)急照明燈，箱門帶鎖。
(3) 控制手柄向各plc發(fā)出的開、停、快、慢、提升、開閉指令，相應(yīng)的plc發(fā)出指令控制變頻器的速度，以達(dá)到行車的最佳控制狀態(tài)。
(4) 變頻器產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)從負(fù)載接受機(jī)械能，將它變?yōu)殡娔芩腿胱冾l器，導(dǎo)致直流回路電壓升高，此時(shí)變頻器必須處理這部分能量，否則由于直流回路的電容器被過(guò)充電，過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作將使其運(yùn)轉(zhuǎn)停止。所以，在變頻器直流回路中設(shè)置控制單元和制動(dòng)電阻。
(5) plc按控制程序、輸入控制信號(hào)及提升、開閉機(jī)構(gòu)的脈沖值來(lái)完成行車各種工況的協(xié)調(diào)，并決定抓斗的各種工作狀態(tài)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用plc梯形圖語(yǔ)言來(lái)編程完成，用plc控制工作可靠，掃描速度快，控制非常靈活。軟件里的技術(shù)關(guān)鍵是位能負(fù)載抓斗的提升、開閉電動(dòng)機(jī)檢測(cè)位移量的光電旋轉(zhuǎn)編碼器動(dòng)態(tài)偏差的實(shí)時(shí)校正技術(shù)和抓斗沉抓、自動(dòng)起升及鋼絲繩受力狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整等功能的實(shí)現(xiàn)。裝置抓斗操作方式為單手柄聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作，有手動(dòng)、自動(dòng)兩種方式可供選擇，手動(dòng)方式在復(fù)位調(diào)整和檢修時(shí)使用，提升、開閉電機(jī)只能單獨(dú)慢檔操作。自動(dòng)方式在正常運(yùn)行時(shí)使用，支持、開閉電機(jī)在plc控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下同時(shí)工作。手動(dòng)、自動(dòng)方式下聯(lián)動(dòng)臺(tái)檔位圖分別如下所示。
手動(dòng)操作檔位圖為:
慢開2—慢開1—零位—慢閉1—慢閉2;
慢降2—慢降1—零位—慢升1—慢生2;
自動(dòng)操作檔位圖為:
閉斗快降—閉斗慢降—零位—閉斗慢升—閉斗快升;
開斗快降—開斗慢降—零位—開斗慢升—開斗快升;
小車大車聯(lián)動(dòng)臺(tái)為單手柄操作，具有前進(jìn)快、慢檔、后退快、慢檔及停車等項(xiàng)功能.裝置的復(fù)位調(diào)整是指對(duì)抓斗的工作基準(zhǔn)(位置、偏差校正等)進(jìn)行初始化的操作。當(dāng)裝置第一次使用，行車停用時(shí)間超過(guò)一周或者滾筒非正常轉(zhuǎn)動(dòng)后，均需進(jìn)行復(fù)位調(diào)整。運(yùn)行中發(fā)生了抓斗工作失調(diào)的情況，也應(yīng)進(jìn)行復(fù)位調(diào)整。復(fù)位操作也很簡(jiǎn)單，只須將抓斗提到任一基準(zhǔn)位置，按一下復(fù)位按鍵就可以了。

3 改造后效果

從抓煤行車變頻改造后8個(gè)月的使用情況看，效果非常明顯，主要有:
(1) 實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，對(duì)電機(jī)，齒輪無(wú)沖擊，故障率低，節(jié)省檢修費(fèi)用工時(shí)的投入。
(2) 轉(zhuǎn)子回路無(wú)滑環(huán)碳刷，電機(jī)燒壞機(jī)會(huì)幾乎沒有，不需更換碳刷，滑環(huán)維護(hù)，電纜根數(shù)減少一半。
(3) 由于無(wú)頻敏變阻器和電阻，電耗大大下降，而變頻器是儲(chǔ)能電器，即使磨電拖板有跳動(dòng)，瞬間斷電，行車照樣正常運(yùn)行，直接實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，操作簡(jiǎn)便，由于原電機(jī)選得偏大，因此可以在60hz運(yùn)行，提高功效。
(4) 提高生產(chǎn)率，提高抓煤速度，操作簡(jiǎn)便。
(5) 必須使設(shè)備在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回零的情況下，才允許反向運(yùn)行，從而防止了操作人員的不規(guī)范行為，保護(hù)了設(shè)備。提高了設(shè)備的安全性、可靠性，維修費(fèi)用、工作量大大減少。
(6) 行車起動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確。變頻裝置的功率因數(shù)可達(dá) 0.93以上，節(jié)能效果明顯。
(7) 通過(guò)這一次改造，為今后對(duì)所有行車、起重裝備的變頻控制打下良好的基礎(chǔ)，余下的行車和其它起重機(jī)都可以自己承擔(dān)改造。

參考文獻(xiàn)
[1] http://www.gongkong.com
[2] http://www.ca800.com

作者簡(jiǎn)介
趙建偉 工程師 1991年畢業(yè)與上海工業(yè)大學(xué)電氣自動(dòng)化系，現(xiàn)在浙江巨化股份公司合成氨廠機(jī)動(dòng)科，從事電氣技術(shù)及管理工作，已發(fā)表論文20余篇。