混凝土攪拌站變頻提升系統性能優化及改進

譚竹林, 劉一耀

(方圓集團海陽成套設備有限公司，山東 海陽 265100)

1 用戶反饋的問題

青島某商砼公司，其混凝土攪拌站型號HZS150，單繩斗提，變頻控制，變頻器及組件型號為日立RISJ300A，16Ω/24kW制動電阻箱。用戶反饋制動器剎車片出現重度磨損，有時破碎飛出；偶爾出現上升及下降過程中速度不切換、沖頂、料斗墩底等故障；生產效率較低，達不到用戶生產要求。

2 現場檢查及問題分析

1）提升過程、下降過程中PLC動作控制正常。通過現場參數設置及實測電流分析可以確定變頻器檢出及停止頻率設置不合理，變頻器電氣參數與部件機械性能不匹配，降低了提升機構的可靠性。明顯外部表象是提升和下降加速瞬間電流過大，易造成制動剎車片磨損嚴重。因此這種狀態只是低速運動區間機械電氣配合不合理，不至于造成剎車片破碎飛出，但需更改變頻器的工作參數予以完善。

2）剎車線圈的供電方式不合理。應該直接從變頻器供電電源保護斷路器下端取AC380V電源供電。這樣的設計可以有效地保證剎車電源的供電一致性，提升電機在保護斷路器跳閘后，剎車能夠快速動作，有效地防止料斗下滑，防止發生二次事故。現場接線方式達不到設計要求，存在嚴重安全隱患。在正常工作中，如水泥螺旋保護空開因超載等出現跳閘或其它原因斷開后，提升電機若正好處于高速運動中，此時如剎車電源出現斷電，提升電機剎車系統會根據機械結構強制剎車，強大的剎車力導致剎車片受力高溫破碎，高速離心飛出，特別是滿負荷帶載高速運行會給人身安全造成傷害，導致更嚴重的安全事故，所幸當時現場無工作人員，未造成更嚴重的傷害。此問題是造成剎車片破碎及飛出的根本原因。

3）增強參數設置提高效率。通過對現場運行電流、變頻器運行參數及制動電阻功率的計算可以看到，此變頻器及機械硬件設計余量充足，具備更高強度的安全運行條件，通過參數優化具有進一步提高攪拌站的生產效率的潛力。

4）各限位信號未做電磁屏蔽，控制信號易被干擾造成無動作。

5）減速限位安裝位置不合理，信號間隔過小，易出現信號采集丟幀現象。

3 性能優化及改進

通過對以上問題的情況分析，綜合機械、電氣實際可以看出，該用戶所出現的故障現象需要從產品設計到安裝調試到參數配合等因素綜合改進，結合現場實際從以下幾個方面予以解決。

3.1 更改剎車線圈的供電線路

更改剎車線圈前后的供電線路如圖1、圖2所示。

圖1 改造前的供電線路示意圖

圖2 改造后的供電線路示意圖

3.2 全面優化變頻器參數

根據現場電氣硬件及機械情況，將提升加速控制參數由20Hz改為35Hz，加速特性完全由變頻器的智能控制來完成，最高速提升頻率為60Hz，總加速時間為5s；根據現場上減速限位的位置20Hz調整減速頻率為30Hz，減速時間為5s，保證上限位信號有效并且第二重上限位不啟動，起到上限位的二重保護作用。下降加速控制參數改為下降加速二速頻率為50Hz，加速特性完全由變頻器的智能控制來完成，最高速下降頻率為80Hz，總加速時間為4s；根據現場下減速限位的位置調整減速頻率20Hz為35Hz，減速時間為3s，保證下限位信號有效并且二重下限位不啟動，起到下限位的二重保護作用。為保證安全，現場調試時分階段逐步調整參數，根據實際情況不斷修正。

3.3 升級信號及控制線纜

采用專用屏蔽線替換原各限位信號傳輸線及PLC與變頻器之間信號控制線，重新將各屏蔽線和變頻器分別可靠接地，確保控制及信號線路不受干擾。

3.4 調節改進上減速限位、下減速限位間距

采用機械位置可調節的安裝方式，現場調節。將兩信號的采集間隔時間進行調整（大于0.5s），保證上減速限位、下減速限位的可靠有效地傳送給PLC。

4 優化改進后的調試

檢查核實變頻器提升系統接線。

1）空載試驗 在完成參數設置和配線之后首先開始空載試驗，驗證PLC是否可以正常控制變頻器。

2）加載試驗 按照從輕到重的原則首先選擇3t負載，上升高速60Hz，負載下降高速40Hz，避免發電過快導致過壓保護。在陡坡段多次停機再起動，正常。從電流波形上看，在開閘時需要有足夠力矩，此時電流會大些，運行中是比較正常的。

3）滿載試驗 負載為6t，進行滿載試驗，從緩坡起動再切換到陡坡段工作正常。為了驗證安全性，反復多次在陡坡段停機再起動，均正常工作未出現負載下滑現象。中途上升電流最大為90A，平穩后電流為60A，中途下放電流最大值為85A左右，平穩后電流為45A左右。如果正常帶載從底部開始測試，上升最大電流為90A左右，平穩后60A左右，下降空載最大90A左右，平穩后25A左右，電流表現正常。

4）超載試驗 負載6.5t，在陡坡上起動，停機，再起動多次未發現問題。但在多次快速停機再起動即所謂點動時，會偶爾出現負載下滑現象。通過增大速度環參數F813/F814/F816，增大Fd05開閘頻率和Fd07開閘電流，以及變頻器重新學習電機參數等方法徹底解決下滑問題。修改后，反復多次試驗均未出現問題。優化后正常工作輸出頻率如圖3、圖4所示。

圖3 提升過程時間與頻率關系圖

圖4 下降過程時間與頻率關系圖

5 驗收結果

通過對電路及硬件的更改及參數的優化調試后，現場驗收結果如下：①困擾用戶多時的制動器剎車片重度磨損，及剎車片破碎飛出故障完全消除；②變頻提升系統控制穩定，未再出現料斗提升下降過程中不換速、沖頂、墩底現象；③攪拌站整個提升環節上升時間為32s,下降時間為25s，分別較參數調整前節省了12s和5s，整站生產效率顯著提升。

6 結 語

變頻器作為一種高集成度組件及高可靠性低壓電器，在解決原電氣系統接線復雜問題，減少提升系統故障率的同時，其整體性能的發揮涉及PLC與變頻器和提升機構檢測設備的配合，每一個環節都需要引起足夠的重視。以上成功實踐是攪拌站變頻提升技術應用中的典型代表，希望對行業的發展有借鑒意義。