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【摘 要】某热电厂煤场有四台抓斗天车，每天负责为热电厂装卸二千多吨发电用煤，抓斗天车作为热电厂生产原料装卸、堆放过程中不可缺少的工程机械，对其工作效率、工作性能要求很高，由于工作环境的影响和传统电气控制系统的限制，在实际工作中存在着很多问题。本文是通过对现有系统进行变频改造升级，在满足系通工作性能要求的同时，又达到节能减排目的，而且较低投资费用，缩短改造周期。
【关键词】抓斗天车；变频改造；ABB ACS800；CMK-V300
1.概述
煤场抓斗天车为双梁桥式结构，满斗抓煤量为2.5吨，其电气传动系统包括15kW大车电机两台，2.2kW小车电机一台，30kW抓斗开闭电机一台，30kW抓斗提升电机一台，均为绕线型转子异步电机，采用转子串电阻实现有级调速运行。通过现场考察，煤场抓斗天车存在如下问题：
（1）热电厂煤场工作环境比较恶劣，高温潮湿，漂浮的煤粉容易沾聚在柜体和柜内电气元器件的表面，造成柜内温度过高和电气短路等故障。
（2）大车电机、小车电机、升降电机、开闭电机都是靠在转子回路中串接电阻进行调速运行。转子串电阻调速是通过交流接触器的分合完成对转子串联电阻的切换，从而调整电机的转速，在调速时切换电流大，电机、接触器、电阻器故障率高，使用寿命短，且转子串电阻调速是一种有级调速方式，对天车机械传动部分冲击较大，设备检修维护费用高，检修停车时间长，影响了热电厂的正常生产。
（3）转子回路中所串接电阻器為纯耗能元件，在运行中电阻器长期处于发热状态，耗费大量电能，以牺牲能源的方式来实现调速，效率较低。
（4）在抓斗天车沉抓启升的过程中，抓斗升降、开闭电动机容易出现受力不均匀的情况，需要天车操作员靠经验点动调整抓斗升降及抓斗开闭钢丝绳的松紧度，并掌握抓斗升降电机投入运行的时机，否则，如果抓斗开闭电机的钢丝绳太松，易造成抓斗料斗漏料；如果抓斗升降电机的钢丝绳太松，则抓斗开闭电机单独受力过载，容易引起电机损坏或钢丝绳断裂。此过程要求天车操作员具有较长的操作经验和较高的操作技巧，而且需要天车操作员精神集中，劳动强度大。
（5）热电厂煤场煤堆顶部与抓斗天车的垂直距离较短，需要抓斗天车能在较短时间内完成沉抓启升过程，达到抓斗升降、开闭电机受力均匀状态。
2.改造目标
针对煤场抓斗天车存在的问题，确立煤场抓斗天车改造目标是：
（1）改造前后抓斗行车的操作方式和习惯要保持一致。
（2）改造后应提高抓斗天车的工作效率和自动化程度。
（3）改造后应能降低天车操作员的劳动强度，减少该岗位对操作经验的依赖。
（4）系统可靠性高，故障少，维护保养费用低。
（5）节能降耗。
3.变频调速控制系统的重点
抓斗天车的抓斗传动系统由开闭机构、升降机构两部分组成，通过钢丝绳与各自的滚筒联接，两者之间没有任何电气联锁，也无法加装合适的检测开关，在抓斗天车运行过程中，沉抓启升过程是技术关键，也是操作难点，在沉抓启升过程中，抓斗升降、开闭电机容易出现受力不均匀的情况，需要天车操作员靠经验点动调整抓斗升降及抓斗开闭钢丝绳的松紧度，并掌握抓斗提升电机投入运行的时机，如果抓斗开闭电机的钢丝绳太松，易造成抓斗料斗漏料；如果抓斗升降电机的钢丝绳太松，则开闭电动机单独受力过载，容易引起电机损坏或钢丝绳断裂。
在变频调速控制系统中，拟采用了ABB ACS800变频器的主从控制功能结合CMK-V300控制系统解决了这个难题。
ABB ACS800系列变频器的主从控制功能是一种负载分配应用，用于系统中运行多台电机并且多台电机通过各种介质耦合关联，共同控制同一负载。在主从控制功能中，主机采用速度控制，从机可通过CMK-V300控制系统指令选择转矩跟随模式或速度跟随模式，主从控制通讯协议采用ABB的分布式传动通讯系统，通讯传输介质采用光纤，主从控制功能控制传动之间的负载分配，主机通过光纤环网将命令信号和速度和力矩信息发送给从机，主机也可由从机读取返回的状态信息，从机通过光纤环网与主传动通讯，通过内置的主从应用宏自动实现与主传动的速度/力矩跟踪和力矩准确平均分配，由于通信是采用光纤环网实现的，通讯速率可达到 4Mbit/s，通讯周期为4ms，如此高的通信速度足以保证主从机之间的速度及力矩的一致性，具有极好的实时性、可靠性和抗干扰能力。在CMK-V300控制系统中，把抓斗天车沉抓启升过程定义了自动和手动两种模式，通过控制台上的选择开关进行选择。
在自动模式下，抓斗天车沉抓启升过程中，抓斗开闭变频器由CMK-V300控制系统通过数字输入口指定为主机，抓斗升降变频器由CMK-V300控制系统通过数字输入口指定为从机，同时通过数字输入口指定为力矩跟随模式，当天车操作员推动抓斗开闭手柄，使开闭变频器控制开闭电机使斗体闭合时，CMK-V300控制系统接受开闭变频器信号，根据开闭电机力矩负荷情况自动发出指令控制抓斗升降变频器投入运行，进入从机力矩跟随模式，而不需要靠天车操作员凭经验来判断抓斗升降电机投入运行的时机，抓斗升降变频器根据主从力矩跟随功能，控制抓斗升降电机首先提速进行高速追赶，让抓斗升降的钢丝绳拉紧，进入负载平均分配过程，抓斗升降和开闭钢丝绳受力平均，使抓斗匀速上升，在自动模式下，沉抓启升过程时间短、抓煤量稳定而且运行平稳没有冲击，既摆脱了对操作员经验的依赖，又降低了天车操作员的劳动强度，提高了工作质量。
在特殊情况下，如需抓煤量较小时或靠近地面抓煤时，可通过控制台上的选择开关选择手动模式，恢复普通操作方式，由天车操作员控制抓斗开闭和抓斗升降手柄完成沉抓启升过程。
4.改造效果
从某热电厂煤场抓斗天车进行变频调速控制系统改造后的使用情况看，效果非常明显，改造后改善了抓斗天车的调速性能，增强了设备电气保护功能，降低了对机械设备的冲击，减少了故障率，节省了检修费用和检修时间，减少了能量消耗，提高了抓斗天车的自动化程度和可操作性，最主要的是降低了天车操作员的劳动强度，降低了操作难度，减少了该岗位对操作经验的依赖。变频调速控制系统自投运以来，运行稳定，性能可靠，得到了用户的肯定。
作者简介：
王涛峰：（1978-），男，河南省平顶山人，2002年毕业于郑州大学机械电子工程专业，工学学士，工程师，研究方向：煤炭洗选及输送设计。
【关键词】抓斗天车；变频改造；ABB ACS800；CMK-V300
1.概述
煤场抓斗天车为双梁桥式结构，满斗抓煤量为2.5吨，其电气传动系统包括15kW大车电机两台，2.2kW小车电机一台，30kW抓斗开闭电机一台，30kW抓斗提升电机一台，均为绕线型转子异步电机，采用转子串电阻实现有级调速运行。通过现场考察，煤场抓斗天车存在如下问题：
（1）热电厂煤场工作环境比较恶劣，高温潮湿，漂浮的煤粉容易沾聚在柜体和柜内电气元器件的表面，造成柜内温度过高和电气短路等故障。
（2）大车电机、小车电机、升降电机、开闭电机都是靠在转子回路中串接电阻进行调速运行。转子串电阻调速是通过交流接触器的分合完成对转子串联电阻的切换，从而调整电机的转速，在调速时切换电流大，电机、接触器、电阻器故障率高，使用寿命短，且转子串电阻调速是一种有级调速方式，对天车机械传动部分冲击较大，设备检修维护费用高，检修停车时间长，影响了热电厂的正常生产。
（3）转子回路中所串接电阻器為纯耗能元件，在运行中电阻器长期处于发热状态，耗费大量电能，以牺牲能源的方式来实现调速，效率较低。
（4）在抓斗天车沉抓启升的过程中，抓斗升降、开闭电动机容易出现受力不均匀的情况，需要天车操作员靠经验点动调整抓斗升降及抓斗开闭钢丝绳的松紧度，并掌握抓斗升降电机投入运行的时机，否则，如果抓斗开闭电机的钢丝绳太松，易造成抓斗料斗漏料；如果抓斗升降电机的钢丝绳太松，则抓斗开闭电机单独受力过载，容易引起电机损坏或钢丝绳断裂。此过程要求天车操作员具有较长的操作经验和较高的操作技巧，而且需要天车操作员精神集中，劳动强度大。
（5）热电厂煤场煤堆顶部与抓斗天车的垂直距离较短，需要抓斗天车能在较短时间内完成沉抓启升过程，达到抓斗升降、开闭电机受力均匀状态。
2.改造目标
针对煤场抓斗天车存在的问题，确立煤场抓斗天车改造目标是：
（1）改造前后抓斗行车的操作方式和习惯要保持一致。
（2）改造后应提高抓斗天车的工作效率和自动化程度。
（3）改造后应能降低天车操作员的劳动强度，减少该岗位对操作经验的依赖。
（4）系统可靠性高，故障少，维护保养费用低。
（5）节能降耗。
3.变频调速控制系统的重点
抓斗天车的抓斗传动系统由开闭机构、升降机构两部分组成，通过钢丝绳与各自的滚筒联接，两者之间没有任何电气联锁，也无法加装合适的检测开关，在抓斗天车运行过程中，沉抓启升过程是技术关键，也是操作难点，在沉抓启升过程中，抓斗升降、开闭电机容易出现受力不均匀的情况，需要天车操作员靠经验点动调整抓斗升降及抓斗开闭钢丝绳的松紧度，并掌握抓斗提升电机投入运行的时机，如果抓斗开闭电机的钢丝绳太松，易造成抓斗料斗漏料；如果抓斗升降电机的钢丝绳太松，则开闭电动机单独受力过载，容易引起电机损坏或钢丝绳断裂。
在变频调速控制系统中，拟采用了ABB ACS800变频器的主从控制功能结合CMK-V300控制系统解决了这个难题。
ABB ACS800系列变频器的主从控制功能是一种负载分配应用，用于系统中运行多台电机并且多台电机通过各种介质耦合关联，共同控制同一负载。在主从控制功能中，主机采用速度控制，从机可通过CMK-V300控制系统指令选择转矩跟随模式或速度跟随模式，主从控制通讯协议采用ABB的分布式传动通讯系统，通讯传输介质采用光纤，主从控制功能控制传动之间的负载分配，主机通过光纤环网将命令信号和速度和力矩信息发送给从机，主机也可由从机读取返回的状态信息，从机通过光纤环网与主传动通讯，通过内置的主从应用宏自动实现与主传动的速度/力矩跟踪和力矩准确平均分配，由于通信是采用光纤环网实现的，通讯速率可达到 4Mbit/s，通讯周期为4ms，如此高的通信速度足以保证主从机之间的速度及力矩的一致性，具有极好的实时性、可靠性和抗干扰能力。在CMK-V300控制系统中，把抓斗天车沉抓启升过程定义了自动和手动两种模式，通过控制台上的选择开关进行选择。
在自动模式下，抓斗天车沉抓启升过程中，抓斗开闭变频器由CMK-V300控制系统通过数字输入口指定为主机，抓斗升降变频器由CMK-V300控制系统通过数字输入口指定为从机，同时通过数字输入口指定为力矩跟随模式，当天车操作员推动抓斗开闭手柄，使开闭变频器控制开闭电机使斗体闭合时，CMK-V300控制系统接受开闭变频器信号，根据开闭电机力矩负荷情况自动发出指令控制抓斗升降变频器投入运行，进入从机力矩跟随模式，而不需要靠天车操作员凭经验来判断抓斗升降电机投入运行的时机，抓斗升降变频器根据主从力矩跟随功能，控制抓斗升降电机首先提速进行高速追赶，让抓斗升降的钢丝绳拉紧，进入负载平均分配过程，抓斗升降和开闭钢丝绳受力平均，使抓斗匀速上升，在自动模式下，沉抓启升过程时间短、抓煤量稳定而且运行平稳没有冲击，既摆脱了对操作员经验的依赖，又降低了天车操作员的劳动强度，提高了工作质量。
在特殊情况下，如需抓煤量较小时或靠近地面抓煤时，可通过控制台上的选择开关选择手动模式，恢复普通操作方式，由天车操作员控制抓斗开闭和抓斗升降手柄完成沉抓启升过程。
4.改造效果
从某热电厂煤场抓斗天车进行变频调速控制系统改造后的使用情况看，效果非常明显，改造后改善了抓斗天车的调速性能，增强了设备电气保护功能，降低了对机械设备的冲击，减少了故障率，节省了检修费用和检修时间，减少了能量消耗，提高了抓斗天车的自动化程度和可操作性，最主要的是降低了天车操作员的劳动强度，降低了操作难度，减少了该岗位对操作经验的依赖。变频调速控制系统自投运以来，运行稳定，性能可靠，得到了用户的肯定。
作者简介：
王涛峰：（1978-），男，河南省平顶山人，2002年毕业于郑州大学机械电子工程专业，工学学士，工程师，研究方向：煤炭洗选及输送设计。