斗輪機A電控系統(tǒng)改造

盛駿飛

摘 要：斗輪機A在我廠已經(jīng)服役近20年，各項結(jié)構(gòu)老化，功能也有明顯退化，缺陷率不斷上升，這對我部門制定的節(jié)能提效目標有很大影響，此外，封閉煤場建立后，斗輪機A承擔(dān)了主要的堆取料任務(wù)，使用率非常高，因此盡快提高斗輪機A的工作效率以及降低其缺陷率是保證我公司發(fā)電效率的重要手段。由于使用年限過長，其部件有些已不符合國家環(huán)保要求，有些備品備件早已停產(chǎn)，購買備品時間較長，對于消缺有很大的影響，所以盡快將原先淘汰、老化的部件更換為新型節(jié)能環(huán)保部件已經(jīng)刻不容緩。斗輪機A原來使用的PLC模塊速度慢，功能不完善，更換為最新型PLC可以有效提高數(shù)據(jù)的處理速度，可以在原先的功能上增加更多新型功能，從而提高堆取料速率。

關(guān)鍵詞：斗輪機;PLC;環(huán)保;節(jié)能;降耗;自動化

一、斗輪機A電控系統(tǒng)改造的必要性

（1）2017年我公司對煤場進行封閉改造，對原有煤場加裝封閉干煤棚。封閉改造后我公司總儲煤量10萬噸，斗輪機A場地可以堆煤8萬噸，斗輪機B場地只可以堆煤2萬噸，由此可見今后大部分煤炭的堆放將要堆放在斗輪機A場地，因此斗輪機A將承擔(dān)大部分堆取料工作，斗輪機A能否安全可靠的運行將直接影響到我公司機組正常運行。（2）我公司斗輪機A電控系統(tǒng)為1994年建廠時開始使用，斗輪機A原電控系統(tǒng)采用MODICON PLC和日本三墾變頻器，該PLC系列已經(jīng)停產(chǎn)多年，備件費用高昂甚至買不到。電氣設(shè)備嚴重老化，導(dǎo)致故障率高，而且故障排除非常困難，嚴重影響斗輪機的安全運行。（3）斗輪機A 各機構(gòu)驅(qū)動電機為94年出廠時配備電動機，在中華人民共和國工業(yè)和信息化部2012年發(fā)布的《高耗能落后機電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄（第二批）》中，斗輪機A中主要電動機皆被標注為淘汰產(chǎn)品。

（4）摻燒任務(wù)持續(xù)緊張，斗輪機A運行時發(fā)生故障就會影響到摻燒任務(wù)順利完成。綜合以上情況我們對斗輪機A電控系統(tǒng)進行了整體改造升級，并更換原電機改為能耗較低的節(jié)能電機，以降低設(shè)備能耗。此次改造為期15天，主要改造內(nèi)容包括電氣房、高壓室、司機室的整體更換，大車、回轉(zhuǎn)、小皮帶及斗輪的電動機更換，其中電氣房和司機室內(nèi)的電氣柜及柜內(nèi)元器件全部改為由ABB公司生產(chǎn)，電動機則由寧波東力公司生產(chǎn)。

二、元器件的更換

在柜內(nèi)更換的元器件中，最為重要的莫過于幾大核心機構(gòu)的變頻器以及皮帶機的軟啟動器。此次變頻器采用的型號是ACS880，與上一代ACS800變頻器相比，ACS880具備以下優(yōu)勢：

（1）更優(yōu)化的電機控制性能。①同一固件用于不同電機（IM，PM，SynRM）替代用于ACS800的標準和系統(tǒng)控制程序。②更快的給定（10ms變?yōu)?ms）。③支持高速電機頻率可達500HZ。④支持絕對值編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。

（2）更直觀的人機界面（HMI）。①直觀的助手功能便于設(shè)置。②靈活的幫助鍵。③20種以上語言可用。④入門級的可設(shè)置，調(diào)試及監(jiān)控。⑤專家級的應(yīng)用包括控制診斷，安全設(shè)置，傳動間通訊。

（3）最優(yōu)化的尺寸和成本以提升競爭力。①ACS880模塊和柜體傳動尺寸顯著減小。②小功率段產(chǎn)品更具價格競爭力。③掛壁式產(chǎn)品功率范圍從160KW擴大至250KW。④易于替換ACS800模塊的設(shè)計。

（4）更強大的安全功能。①內(nèi)置的安全轉(zhuǎn)矩功能為標準配置SIL3。②安全功能模塊FSO（SS1，SBC，SLS）作為可選件。③Drive composer pro用于安全功能組態(tài)。④安全功能設(shè)計工具FSDT-01計算安全數(shù)據(jù)和級別。

（5）更靈活通用的連接。①通用的可選件模塊平臺適用于多種新型ABB傳動包括直流和中壓傳動。②改良的更快速的現(xiàn)場總線性能。③USB或以太網(wǎng)連接PC工具。

（6）更高的可靠性，更好的服務(wù)和維護。①存儲單元易于傳動的替換和配置。②一件診斷pc工具。③電路板在一個密封的PCB空間內(nèi)。④改進的可靠性測試。

綜上所述，ACS880擁有全新的模型，全新的處理器，全新的IGBT，更大的儲存器，尤其在電機建模、用戶自定義模型的開關(guān)頻率、處理速度、給定響應(yīng)速度都有了明顯的提高，啟動轉(zhuǎn)矩和精度更高，在低速時轉(zhuǎn)矩更加平穩(wěn)，同一臺變頻器就能控制異步電機、同步電機和磁阻電機，最大輸出頻率可達500HZ，支持雙總線。其體積也更小，并且擁有更好的冷卻能力，卓越的DTC速度和轉(zhuǎn)矩控制，寬范圍的安全功能結(jié)構(gòu)以及更高的可靠性和更好地服務(wù)性。

另一個新增的重要部件是皮帶電機軟啟動器，它是具有當今國際領(lǐng)先水平的新型啟動設(shè)備，采用了電力電子技術(shù)，現(xiàn)代控制理論及微處理技術(shù)。軟啟動器能夠有效地限制交流異步電機在啟動時所產(chǎn)生的啟動電流，可以被廣泛地應(yīng)用于水泵、風(fēng)機、壓縮機及輸送類及負載，是傳統(tǒng)的磁控降壓、星-三角轉(zhuǎn)換、自耦降壓等降壓設(shè)備的理想替代品，并且填補了星-三角啟動器和變頻器在功能實用性和價格之間的鴻溝。

電動機軟啟動通過采用補償、降壓或變頻等手段，實現(xiàn)對電動機及其他機械負載的平滑啟動，減少啟動時電流對電網(wǎng)的影響程度，使電網(wǎng)和機械系統(tǒng)得到保護，其主要功能如下：①使電動機的輸出力矩滿足機械系統(tǒng)對啟動力矩的要求，保證平滑加速和過度，避免破壞性力矩的產(chǎn)生和沖擊。②使啟動電流滿足電動機的最大承受能力，避免電動機啟動時因發(fā)熱造成絕緣的破壞或燒毀。③使啟動電流滿足電網(wǎng)對電能質(zhì)量的相關(guān)標準要求，減少電壓暫降的幅度，減少高次諧波的產(chǎn)生。

電機軟啟動器自身并不節(jié)能，首先它不是用電設(shè)備，只是簡單的功能產(chǎn)品，能實現(xiàn)電動機的軟啟動;其次它只在電機啟動時短時工作，啟動結(jié)束后便退出，但電機軟啟動技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以實現(xiàn)拖動系統(tǒng)節(jié)能。首先是降低電機啟動時對電力系統(tǒng)的要求，變壓器選用可保證始終運行在經(jīng)濟運行區(qū)，降低變壓器運行損耗，從而達到節(jié)能的效果。其次，電機啟動時交由軟啟動器來解決，避免了大馬拉小車的現(xiàn)象。

此外，軟啟動器還具備如下保護功能：①缺相保護：軟起動器隨時檢測電機工作時三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護動作。②過載保護：軟啟動器引進了電流控制環(huán)，因此能夠隨時跟蹤檢測電機電流的變化情況。通過增加過載電流的設(shè)定和反時限的控制模式，實現(xiàn)了過載保護的功能，使電機在過載時，能夠關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報警信號。③同相短路：通過內(nèi)部保護器可以在可控硅同相間擊穿時，作出保護動作從而不能啟動，保證不會因可控硅故障后仍啟動而造成其它元件的過流損壞。④過熱保護：通過軟起動器內(nèi)部的熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦溫度超過允許值后便自動關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。⑤其它功能：通過對電子電路的組合，還可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它各種聯(lián)鎖的保護。

軟啟動器于20世紀70年代末和80年代初投入市場，隨著時代的發(fā)展，它的功能日益完善，在電力生產(chǎn)行業(yè)中已占據(jù)一席之地，相信在不久的將來，它將帶給我們更多的驚喜。

三、電動機的更換

原先使用的大車、回轉(zhuǎn)、皮帶和斗輪電機型號老舊，能耗大，已被國家列為高能耗淘汰產(chǎn)品，因此更換電機的任務(wù)迫在眉睫，為了更好地滿足國家節(jié)能降耗，綠色能源的主張和倡導(dǎo)，我們將原電機更換為低能耗，更環(huán)保的高效節(jié)能電機。

節(jié)能環(huán)保是目前全世界的共同話題，各國使用的電機也正朝著高效節(jié)能的方向在發(fā)展，我國也不例外，并且制定了相關(guān)的國家標準，如《高耗能落后機電設(shè)備淘汰目錄》等，都對我國各企業(yè)使用和生產(chǎn)的電機提出了明確要求和標準。各發(fā)達國家也都相繼制定了電機的能效標準。歐美等發(fā)達國家更是不斷地提高電機能效準入標準，基本已經(jīng)做到了高效節(jié)能電機全覆蓋，部分地區(qū)已經(jīng)開始使用超高效節(jié)能電機。

我國針對各中小型電機企業(yè)的政策就是推廣節(jié)能高效電機。節(jié)能高效電機與一般電機相比，能耗平均降低20%、效率可以提高2%-7%;超高效節(jié)能電機則比普通節(jié)能高效電機效率平均再提高2%。高效節(jié)能電機的使用對于國家推行節(jié)能降耗戰(zhàn)略的意義十分重大。并且其所產(chǎn)生的利潤更是相當可觀。以我國為例，2011年全國用電量約為47033億千瓦時，如果以使用中小型節(jié)能高效電機提高4%的效率來計算，全國可節(jié)電約1052億千瓦時，可減少3550萬噸標準煤，減少二氧化碳排放量9348萬噸，二氧化硫排放量31萬噸。這些數(shù)據(jù)使我們更加堅定了使用高效節(jié)能電機的信心和決心，也加快了推廣高效節(jié)能電機的步伐。

除了環(huán)保效益高之外，對于企業(yè)的收益及設(shè)備的使用壽命而言，高效節(jié)能電機同樣有著其巨大的優(yōu)勢：①節(jié)約能源、降低長期連續(xù)運行所需成本，非常適合風(fēng)機、紡織、壓縮機、水泵使用，靠節(jié)電一年便可基本收回電機購置的成本;②直接啟動、或用變頻器調(diào)速啟動，可全面更換異步電機;③電機功率因數(shù)可以接近1，提高電網(wǎng)的電量品質(zhì)，無需增加功率因數(shù)補償器;④電機產(chǎn)生的電流小，節(jié)約輸配電的容量，延長系統(tǒng)整體運行的壽命;⑤快速回收成本：以75千瓦電機為例，高效電機比一般電機節(jié)電16℅，按照每度電0.5元計算，使用節(jié)能電機一年內(nèi)靠節(jié)電便可收回更換電機所產(chǎn)生的費用。

四、總結(jié)

通過這次改造，斗輪機A這臺鋼鐵巨獸猶如劫后重生般，煥發(fā)出新的光彩，希望在今后的堆取料工作中，這臺猛獸能夠發(fā)揮出他的重要作用，在保證自身低故障率的同時，能提高整個輸煤系統(tǒng)的輸煤率，保障機組燃料的正常供應(yīng)，在為公司創(chuàng)造更高收益的同時，也能在節(jié)能降耗方面做出自己的貢獻。