1 引言

位于江蘇省沛縣境內(nèi)的大屯煤電公司建立 30 年來 ， 依靠倒推成本 、 科技創(chuàng)新等方式 ， 始終保持旺盛的市場競爭力 ， 成為我國煤炭行業(yè)唯一一家自投產(chǎn)以來從未虧損過的企業(yè) 。 大屯選煤廠是大屯煤電公司的下屬單位之一 ， 于 1979 年 4 月興建 ，1982 年 9 月投產(chǎn) ， 是一座年處理能力 210 萬噸的礦區(qū)選煤廠 。選煤廠在生產(chǎn)中采用了大量的先進(jìn)工藝和技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)在該廠得到了廣泛應(yīng)用。 該廠有兩臺調(diào)度絞車 ， 該設(shè)備是鐵路煤倉調(diào)運(yùn)鐵路車輛的專用設(shè)備 ， 可調(diào)運(yùn)整列列車 。

2原設(shè)備存在問題

大屯選煤廠有兩臺調(diào)度絞車 ，該調(diào)度絞車采用雙速三相異步電動機(jī)拖動，電機(jī)參數(shù)為：

電機(jī)型號 YDJ-45/55-4/8

額定電流 84.4/114.8A

額定轉(zhuǎn)速 1473/733rpm

額定功率因數(shù) 0.8

絕緣等級 B

該調(diào)度絞車在未采用變頻器前 ，用戶首先采用工頻45KW電機(jī)高速將鐵牛從牛棚里拉出，經(jīng)過40min拉到位，與列車車廂連接，然后裝車。采用55KW電機(jī)低速拖動車廂，由于用戶出料口出料時多時少，絞車為配合列車裝煤 ， 需要頻繁起動 、 停止 ， 啟動電流比較大 ， 接觸器的觸點(diǎn)及線圈經(jīng)常損壞 ， 影響了列車的正常裝車 。 為了提高裝車效率 ， 大屯選煤廠決定選用我山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP32-90T 變頻器對其調(diào)度絞車進(jìn)行變頻調(diào)速改造 。 改造達(dá)到了預(yù)期目的 ， 現(xiàn)對改造方案作一介紹 。

3 調(diào)度絞車變頻控制系統(tǒng)

調(diào)度絞車變頻控制系統(tǒng)設(shè)備包括變頻控制柜 、 PLC、主操作臺。

供電電源為 AC380V，50Hz，三相四線制，由外部用戶開關(guān)引至變頻控制柜，內(nèi)設(shè)總開關(guān)，其額定容量根據(jù)裝機(jī)總?cè)萘窟x配，具有短路、過載、失壓等多種保護(hù)功能。

控制及信號電源為 AC220V，由單相隔離變壓器供電，變頻控制柜設(shè)有風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)散熱。主電路主要有變頻器電機(jī)回路，控制回路主要有西門子PLC、檢測元件、電磁閥、中間繼電器及指示燈等組成。

（ 1）變頻控制柜

內(nèi)設(shè)保護(hù)變頻器的斷路器、風(fēng)光變頻器、及三相雙擲開關(guān)等。

系統(tǒng)采用我山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的提升機(jī)專用變頻器，該產(chǎn)品具有較大的啟動力矩、加速力矩和制動力矩，電機(jī)可在四象限運(yùn)行，并且具有能量回饋單元，將制動時產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)。本產(chǎn)品除一般變頻器所具有的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護(hù)功能外，還具有開機(jī)連鎖保護(hù)，自動限速保護(hù)，完全適用調(diào)度絞車要求的力矩大，頻繁啟停、頻繁加減速及四象限運(yùn)行等運(yùn)行特點(diǎn)，是礦用調(diào)度絞車變頻改造的理想選擇 。 變頻器上的數(shù)字輸入、數(shù)字輸出接口與 PLC 相連，交接信息，隨時控制調(diào)度絞車的運(yùn)行速度。在變頻器中可設(shè)置加減速時間， S 形速度曲線加速 ， 可最大限度地減小啟動過程中的機(jī)械沖擊，對調(diào)度絞車具有較高的安全性。

（ 2 ） PLC 控制柜

PLC 控制系統(tǒng)采用德國西門子 PLC 系列，模塊化結(jié)構(gòu)，配置包含有數(shù)字輸入、輸出模塊、模擬量模塊、電源模塊、 CPU 模塊等。在本系統(tǒng)中采用采用西門子 CPU224 和模擬量模塊 EM232 。 CPU224 有 14 個（ I/O ）輸入接口和 10 個輸出接口。模塊 EM232 控制變頻器的運(yùn)行頻率，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

PLC 輸入數(shù)字信號有：控制調(diào)度絞車運(yùn)行的正轉(zhuǎn)指令信號，反轉(zhuǎn)指令信號，停機(jī)指令信號，低速指令，中速指令，急停指令，變頻器故障復(fù)位，控制調(diào)度絞車的東限位開關(guān)信號，西限位開關(guān)信號，斷繩保護(hù)信號，變頻器故障信號 。 。 PLC 輸出信號有開停機(jī)信號，正反轉(zhuǎn)信號，復(fù)位，急停及各種狀態(tài)指示信號。 PLC 的模擬量輸出信號用來控制變頻器的運(yùn)行頻率。 PLC 通過程序?qū)斎胫噶钚盘栠M(jìn)行各種邏輯處理，轉(zhuǎn)換成一套高效執(zhí)行的控制指令，控制執(zhí)行元件，完成自動化控制功能。

（ 3 ）主操作臺

主操作臺裝有調(diào)度絞車運(yùn)行距離的監(jiān)控顯示，以方便司機(jī)進(jìn)行操作控制。其操作采用手柄的方式。為不改變司機(jī)的操作習(xí)慣，仍采用原操作臺控制。

4 風(fēng)光變頻器 JD-BP32-90T 主要技術(shù)指標(biāo)

變頻器額定功率 90KW

額定輸出電流 170A

輸入頻率 45Hz~55Hz

允許電壓波動 ±20%

頻率分辨率 0.01Hz

過載能力 160%連續(xù)1min 220% 1.5S

轉(zhuǎn)矩特性：

啟動轉(zhuǎn)矩大于兩倍額定轉(zhuǎn)矩；

低頻轉(zhuǎn)矩， 6Hz時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩

直流制動、回饋制動等多種制動方式。

除一般變頻器所具有的各種保護(hù)功能之外，還具有開機(jī)連鎖保護(hù)，自動限速保護(hù)功能等，確保調(diào)度絞車安全，避免各種事故發(fā)生。

5 90KW大屯絞車接線圖

（1）主回路接線圖

圖 1主回路接線圖

Q1、Q2、Q3 工變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)

K1 三相雙擲開關(guān)

K2 三相雙擲開關(guān)

BPQ JD-BP32-90T風(fēng)光變頻器

M 用戶三相異步電動機(jī)

（ 2 ） PLC 接線圖

在該系統(tǒng)中 ， 西門子 PLC 接線如下圖 2：

圖 2 西門子 PLC 接線圖

KC0 為變頻器內(nèi)部故障繼電器常開觸點(diǎn)。

用戶通過操作臺發(fā)出各種指令，經(jīng)過 PLC 處理后，給出開停機(jī)等各種動作信號。由模擬量模塊 EM232 接受 CPU224 發(fā)出的指令，給出模擬電壓信號控制變頻器的頻率高低，進(jìn)而控制調(diào)度絞車電機(jī)的速度大小。

6 PLC 控制流程圖及程序

（ 1 ）系統(tǒng) PLC 控制流程如下圖 3 示 ：

圖 3 PLC 控制流程圖

（ 2 ）系統(tǒng) PLC 控制程序如下：

7 對再生能量的處理

為了再生能量能夠回饋電網(wǎng)，變頻器的主回路采用雙向逆變方案。主回路原理示意圖如圖 4 示。

圖 4 主回路原理示意圖

8 調(diào)度絞車變頻控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：

（ 1 ）變頻系統(tǒng)甩掉了原電控系統(tǒng)用的交流接觸器，設(shè)備不再頻繁啟動，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（ 2 ）變頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟啟動和軟停止， S 形速度曲線加速，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小，延長了機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

（ 3 ）采用德國西門子 PLC ，抗干擾性強(qiáng)，能在比較惡劣的情況下使用，方便地適應(yīng)工藝現(xiàn)場要求，使整個系統(tǒng)性價比高。

（ 4 ）采用能耗制動、回饋制動技術(shù)，成功解決了調(diào)度絞車在快速減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證了變頻器的安全運(yùn)行。

（ 5 ）節(jié)能效果顯著。變頻改造后，據(jù)實(shí)測，節(jié)電效果可達(dá) 40% 左右。

（ 6 ）采用變頻控制后，原雙速電機(jī)不用更換，將原電機(jī)當(dāng)作 45KW 高速電機(jī)使用即可，節(jié)約了用戶投資。

（ 7 ）提高了生產(chǎn)效率。采用變頻控制后，當(dāng)出料口的出料多時，變頻器采用中速拖動列車車廂前行；當(dāng)出料少時，變頻器采用低速緩慢拖動列車裝車，不再需要電機(jī)頻繁啟動。用戶 50 節(jié)列車車廂裝料，若用原電控系統(tǒng)需要 30min ；變頻改造后，僅需要 21min ，大大提高了裝車效率。

9 結(jié)束語

總之，風(fēng)光牌 JD-BP32-90T 變頻器在大屯選煤廠調(diào)度絞車上的改造是成功的。它不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且節(jié)電效果顯著，可以在類似場合大力推廣。