1 引言
我廠造氣煤焦抓斗行車把煤場的煤抓到皮帶機上向煤氣爐供煤，每天供煤量達1000多噸，工作十分繁重，為達到重載啟動，調速，靠采用交流異步電機轉子通過滑環碳刷串頻敏變阻器，電阻來實現，由于頻繁的切換，現場灰塵大，腐蝕潮濕等因素，長期以來的故障率高，檢修費用大，嚴重影響生產的連續性，歸納起來主要有以下問題。
(1) 因經常處于啟動變速，方向改變，采用數只交流接觸器切換，運行時噪聲大，觸頭易磨損，可靠性差，燒壞接觸器相當多，線圈耗電大。
(2) 由于電機用滑環碳刷作為引出，是動靜過渡，經常燒毛滑環，燒壞碳刷，造成電機燒壞，無法運行，影響生產，更換碳刷量大，造成污染。
(3) 轉子回路靠串電阻，頻敏變阻器進行啟動調速，機械特性軟，調速為跳躍式，沖擊大，電能消耗大。
(4) 調速及啟動線路十分復雜，接線多，操作程序難以保證，電纜根數增加，對電纜掛架造成重的負荷，使電纜易拉斷，扎破。
(5) 由于一直處于高暫載率，因此采用擴大電機功率的辦法，直接的全速啟動，對齒輪箱沖擊大，使齒輪箱經常沖壞，而許多的電阻箱，頻敏變阻器造成行車十分擁擠，電機的空載損耗大。
(6) 抓斗工作的協調主要靠司機的熟練程度，采用支持、開閉雙手柄操作。由于支持、開閉機構間沒有固定的聯系，在抓斗工作時司機勞動強度大，容易疲勞，易產生誤操作。
(7) 在抓斗沉抓之后，起升的瞬間，支持、開閉電動機受力不均勻，開閉電動機單獨受力，易過載，造成電機損壞及鋼絲繩繼裂。 抓斗上升、下降報警極限位置不易控制，傳感接近開關很難長期使用。為實現合適的抓斗工況，司機要經常點動操作或打反車，電器元件和電動機經常處于大電流工作狀態，降低了元件的使用壽命。
因此，我廠經過多方考證，決定采用變頻技術對行車進行改造。
2 變頻改造方案
隨著電力電子技術的發展和元器件的成熟，變頻器在行車改造中有了成熟經驗，總的思路是用4臺變頻器，4臺可編程控制器，來控制行車的5臺電機，實現重載啟動，變頻調速，無觸點切換，提升開合4根鋼絲繩進行速度配合，達到均勻受力，拉直運行。系統主回路如圖1所示。
圖1 抓煤行車變頻改造主回路原理框圖
主要設計特點為:
(1) 原五臺電機保留，將滑環拉出，轉子中心點直接短接，所有轉子回路的電纜，電阻器，頻敏變阻器及接觸器全部取消。
(2) 在行車上共裝設五只箱子，小車變頻器箱一只，提升電機變頻器箱一只，開閉電機變頻器箱一只，大車變頻器箱一只，制動電阻箱一只，要求用不銹鋼板制作，內有隔層，實現防腐，防潮，防塵，裝設正常照明燈和應急照明燈，箱門帶鎖。
(3) 控制手柄向各plc發出的開、停、快、慢、提升、開閉指令，相應的plc發出指令控制變頻器的速度，以達到行車的最佳控制狀態。
(4) 變頻器產生制動轉矩時，電機從負載接受機械能，將它變為電能送入變頻器，導致直流回路電壓升高，此時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充電，過壓保護動作將使其運轉停止。所以，在變頻器直流回路中設置控制單元和制動電阻。
(5) plc按控制程序、輸入控制信號及提升、開閉機構的脈沖值來完成行車各種工況的協調，并決定抓斗的各種工作狀態。系統軟件設計采用plc梯形圖語言來編程完成，用plc控制工作可靠，掃描速度快，控制非常靈活。軟件里的技術關鍵是位能負載抓斗的提升、開閉電動機檢測位移量的光電旋轉編碼器動態偏差的實時校正技術和抓斗沉抓、自動起升及鋼絲繩受力狀態自動調整等功能的實現。裝置抓斗操作方式為單手柄聯動臺操作，有手動、自動兩種方式可供選擇，手動方式在復位調整和檢修時使用，提升、開閉電機只能單獨慢檔操作。自動方式在正常運行時使用，支持、開閉電機在plc控制系統協調下同時工作。手動、自動方式下聯動臺檔位圖分別如下所示。
手動操作檔位圖為:
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;
小車大車聯動臺為單手柄操作，具有前進快、慢檔、后退快、慢檔及停車等項功能.裝置的復位調整是指對抓斗的工作基準(位置、偏差校正等)進行初始化的操作。當裝置第一次使用，行車停用時間超過一周或者滾筒非正常轉動后，均需進行復位調整。運行中發生了抓斗工作失調的情況，也應進行復位調整。復位操作也很簡單，只須將抓斗提到任一基準位置，按一下復位按鍵就可以了。
3 改造后效果
從抓煤行車變頻改造后8個月的使用情況看，效果非常明顯，主要有:
(1) 實現軟啟動，對電機，齒輪無沖擊，故障率低，節省檢修費用工時的投入。
(2) 轉子回路無滑環碳刷，電機燒壞機會幾乎沒有，不需更換碳刷，滑環維護，電纜根數減少一半。
(3) 由于無頻敏變阻器和電阻，電耗大大下降，而變頻器是儲能電器，即使磨電拖板有跳動，瞬間斷電，行車照樣正常運行，直接實現無級調速，操作簡便，由于原電機選得偏大，因此可以在60hz運行，提高功效。
(4) 提高生產率，提高抓煤速度，操作簡便。
(5) 必須使設備在電動機轉速回零的情況下，才允許反向運行，從而防止了操作人員的不規范行為，保護了設備。提高了設備的安全性、可靠性，維修費用、工作量大大減少。
(6) 行車起動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速，定位更加準確。變頻裝置的功率因數可達 0.93以上，節能效果明顯。
(7) 通過這一次改造，為今后對所有行車、起重裝備的變頻控制打下良好的基礎，余下的行車和其它起重機都可以自己承擔改造。
參考文獻
[1] http://www.gongkong.com
[2] http://www.ca800.com
作者簡介
趙建偉 工程師 1991年畢業與上海工業大學電氣自動化系，現在浙江巨化股份公司合成氨廠機動科，從事電氣技術及管理工作，已發表論文20余篇。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
