摘要：綏中發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程輸煤系統(tǒng)安裝兩臺(tái)俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機(jī)，近年來(lái)，根據(jù)運(yùn)行情況，對(duì)這兩臺(tái)斗輪堆取料機(jī)的程控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，同時(shí)對(duì)主要電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式進(jìn)行了優(yōu)化。本文重點(diǎn)對(duì)改造的背景、改造方案、改造后系統(tǒng)構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，同時(shí)對(duì)改造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，并提出了解決方案。
關(guān)鍵詞：斗輪堆取料機(jī)，PLC，軟起動(dòng)，變頻器，無(wú)線(xiàn)通訊

1 引言
        綏中發(fā)電有限責(zé)任公司儲(chǔ)煤場(chǎng)為條形煤場(chǎng)，采用斗輪堆取料機(jī)進(jìn)行堆煤（鐵路或港口來(lái)煤）和取煤作業(yè)。一期工程安裝二臺(tái)俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機(jī)，即：堆料出力1200噸/小時(shí)，取料出力1500噸/小時(shí)。
斗輪堆取料機(jī)的動(dòng)力電源供應(yīng)是通過(guò)電纜卷筒引導(dǎo)6KV電纜到大車(chē)尾車(chē)平臺(tái)上，分別通過(guò)動(dòng)力變壓器（6KV/0.4KV）向各部分的電動(dòng)機(jī)供電，通過(guò)控制變壓器（6KV/0.23KV）向控制系統(tǒng)及照明系統(tǒng)供電；使用多芯柔性電纜通過(guò)控制電纜卷筒，實(shí)現(xiàn)斗輪堆取料機(jī)與煤場(chǎng)輸送皮帶實(shí)現(xiàn)堆料聯(lián)鎖，并向集中控制室發(fā)送堆、取料工況信號(hào)。
       斗輪機(jī)的電控系統(tǒng)主要是由懸臂皮帶減速機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，75KW）的控制、輪斗的減速機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，75KW）的控制、懸臂俯仰油泵電機(jī)（鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，15KW）及液壓站電磁閥的控制、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，2×11KW）及制動(dòng)器的控制、行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，4×11KW）及制動(dòng)器的控制、動(dòng)力電纜卷筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)（繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)， 11KW）及制動(dòng)器的控制及控制電纜卷筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)（繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)， 11KW）及制動(dòng)器的控制等六方面組成。
原電控系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了很多問(wèn)題：
（1）因?yàn)槎份啓C(jī)工藝的需要，其電控系統(tǒng)是由6面控制柜，270多個(gè)繼電器組成，故障點(diǎn)多，處理缺陷耗時(shí)較長(zhǎng)，維護(hù)工作量極大。
（2）在控制室與配電室之間直接聯(lián)系電纜數(shù)量大，因?yàn)槎份啓C(jī)懸臂需要經(jīng)常俯仰和回轉(zhuǎn)，這些電纜在斗輪機(jī)中間旋轉(zhuǎn)部分的電纜室內(nèi)要經(jīng)常做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，電纜損壞周期短，更換數(shù)量較大。
（3）懸臂皮帶及輪斗電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)裝置元器件老化，抗干擾能力差，一些對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本保護(hù)不能正常工作，且調(diào)整不方便，造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流比較大，對(duì)機(jī)械設(shè)備造成沖擊，尤其是對(duì)直接鏟煤的輪斗沖擊最為明顯。
（4）動(dòng)力電纜及控制電纜卷筒在卷取電纜的時(shí)候，采用繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速，在放電纜的時(shí)候采用電纜時(shí)，將繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路開(kāi)路，讓電纜直接拽著卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)拉力對(duì)電纜損害很大；同時(shí)電纜卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)與行走經(jīng)常不同步，也易造成電纜被拉斷，發(fā)生接地、短路事故，影響了動(dòng)力電源的供應(yīng)，影響斗輪堆取料機(jī)與煤場(chǎng)皮帶的聯(lián)鎖。在機(jī)組正式商業(yè)運(yùn)行的3年中，分別對(duì)動(dòng)力電纜進(jìn)行3次更換，控制電纜2次更換，最后在走車(chē)的時(shí)候，安排一名運(yùn)行人員專(zhuān)職看護(hù)電纜，這樣做不僅危及運(yùn)行人員的人身安全，而且增加了人工成本；造成了直接經(jīng)濟(jì)損失。
        綏電公司一期工程裝機(jī)容量為1600MW，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行日燃煤約1.5萬(wàn)噸，煤場(chǎng)最低存煤警戒線(xiàn)為13萬(wàn)噸；因?yàn)槎份喍讶×蠙C(jī)故障頻發(fā)，導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)重要設(shè)備失去備用時(shí)間較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用偏高，其電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿(mǎn)足日常生產(chǎn)的需要。因此，為了滿(mǎn)足綏電機(jī)組大負(fù)荷運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益，必須對(duì)綏電的斗輪機(jī)電控系統(tǒng)及主要電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式進(jìn)行現(xiàn)代化改造。

2 改造方案的確定
       由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長(zhǎng)期連續(xù)性，本著最高性能價(jià)格比的原則，經(jīng)過(guò)考察論證，我們選用了具有現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O結(jié)構(gòu)的SIEMENS公司S7-300可編程序邏輯控制器（PLC）作為斗輪機(jī)電控系統(tǒng)的核心設(shè)備；保留原回轉(zhuǎn)及行走機(jī)構(gòu)的日本HITACHI J300變頻器，對(duì)行走控制方式進(jìn)行優(yōu)化；將懸臂皮帶及輪斗電動(dòng)機(jī)改造為使用美國(guó)AB公司150-A180NBDB-8L4型軟起動(dòng)器軟起動(dòng)的方式，并增加旁路系統(tǒng)，提高可靠性；將控制電纜卷筒取消，更改為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)；為了降低機(jī)械成本費(fèi)用，保留原來(lái)的動(dòng)力卷筒機(jī)械結(jié)構(gòu)，而是采用通用變頻器的力矩控制方式，保證動(dòng)力電纜卷筒平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。

3 控制系統(tǒng)的組成
（1）PLC控制系統(tǒng)的硬件配置
       從工藝要求、I/O點(diǎn)數(shù)、掃描速度、自診斷功能等方面考慮，選用了SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU選型為315-2DP。在配電室設(shè)計(jì)了一個(gè)主控制站，主要是采集車(chē)下設(shè)備的輸入信號(hào)（如繼電器輔助觸點(diǎn)、傳感器）和發(fā)出指令控制配電室內(nèi)執(zhí)行元件（中間繼電器、指示燈）；在控制室設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程機(jī)柜，內(nèi)有PLC系統(tǒng)的2個(gè)遠(yuǎn)程I/O子站，主要是采集車(chē)上的設(shè)備輸入信號(hào)（如按鈕、傳感器）和發(fā)出指令等等。在主站與從站之間采用一根屏蔽雙絞線(xiàn)，利用PROFIBUS總線(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信（見(jiàn)圖一），這樣一來(lái)，除了一些必要的接線(xiàn)，車(chē)上和車(chē)下的聯(lián)系使用的電纜數(shù)目不到原來(lái)的2/3，大大減少了維護(hù)工作量，提高了設(shè)備的可靠性。

       S7300-PLC的程序編制使用SIEMENS公司提供的STEP 7組態(tài)軟件進(jìn)行，采用LD梯形圖編程，便于電氣維護(hù)人員理解和學(xué)習(xí)。并且在CPU上預(yù)留了編程器通訊接口，通過(guò)編程電纜，連接好編程器，可以快速對(duì)故障進(jìn)行診斷，大大加快缺陷處理速度，同時(shí)在工藝發(fā)生變化的時(shí)候，可以很快的進(jìn)行程序更改，而不必花大力氣進(jìn)行電氣控制回路的改造。
（2）無(wú)線(xiàn)數(shù)字電臺(tái)
        無(wú)線(xiàn)數(shù)字電臺(tái)是用于需要實(shí)時(shí)處理應(yīng)用的數(shù)據(jù)的遙測(cè)無(wú)線(xiàn)設(shè)備，它使用為微處理機(jī)控制和數(shù)字信號(hào)（DSP）處理技術(shù)，即使在很惡劣的條件下也能提供可靠的服務(wù)。針對(duì)輸煤系統(tǒng)的環(huán)境狀況及輸煤運(yùn)行人員大量使用對(duì)講機(jī)的實(shí)際情況，我們選用了使用可靠，免維護(hù)的美國(guó)MDS數(shù)字電臺(tái)。每一臺(tái)斗輪機(jī)都需要一套點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)，每套系統(tǒng)由2個(gè)電臺(tái)組成，一臺(tái)連接到安裝在斗輪機(jī)配電室的PLC，作為無(wú)線(xiàn)通訊從站，另一臺(tái)連到遠(yuǎn)程站PLC，作為無(wú)線(xiàn)通訊的主站（見(jiàn)圖二），該從站并且與輸煤程控系統(tǒng)的子站PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成斗輪機(jī)與煤場(chǎng)皮帶堆料聯(lián)鎖及斗輪機(jī)在集控室的操作員站畫(huà)面上的工作狀態(tài)顯示。

       MDS數(shù)字電臺(tái)質(zhì)量可靠，保證了聯(lián)鎖信號(hào)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)了集控室對(duì)煤場(chǎng)的監(jiān)視；同時(shí)，取消的電動(dòng)機(jī)及制動(dòng)器還可以再利用作為動(dòng)力電纜卷筒的驅(qū)動(dòng)部分的專(zhuān)用備品。
       無(wú)線(xiàn)數(shù)字通訊系統(tǒng)的使用，保證了聯(lián)鎖信號(hào)的穩(wěn)定性，減輕了運(yùn)行人員和檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了大量控制電纜的更換費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

4 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的優(yōu)化
（1）懸臂皮帶及輪斗電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)起動(dòng)
        懸臂皮帶及輪斗的電動(dòng)機(jī)，安裝在斗輪機(jī)的金屬架構(gòu)上，在懸皮和輪斗電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)很大啟動(dòng)電流，并由此產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊。而利用軟起動(dòng)裝置，起動(dòng)時(shí)間，起動(dòng)電壓等參數(shù)可調(diào)，可以使其輸出電壓按一定規(guī)律上升，使被控電動(dòng)機(jī)的電壓逐漸平滑的升到全電壓，起動(dòng)電流上升平滑上升至設(shè)定值，從而滿(mǎn)足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，保證起成功。
        根據(jù)懸臂皮帶和輪斗的負(fù)載的性質(zhì)：靜止負(fù)載比較大，一旦起動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)的阻力矩反會(huì)減少；針對(duì)這中負(fù)載性質(zhì)，在實(shí)際起動(dòng)中，加了一個(gè)短時(shí)的高電壓（UK，其值和時(shí)間是可以設(shè)定的），通常將這種軟起動(dòng)方式稱(chēng)為的電壓突跳起動(dòng)方式，（見(jiàn)圖三）。

        采用軟啟動(dòng)器，起動(dòng)特性曲線(xiàn)好，使電動(dòng)機(jī)和其附屬機(jī)構(gòu)無(wú)沖擊，平穩(wěn)加速，使供電線(xiàn)路和整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)承受最小的可能沖擊。為了提高設(shè)備的可靠性，對(duì)于這兩臺(tái)設(shè)備的軟啟動(dòng)裝置又加裝了由交流接觸器構(gòu)成的旁路系統(tǒng)，在電機(jī)正常啟動(dòng)后，切除軟啟動(dòng)裝置的運(yùn)行，由旁路接觸器繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；旁路裝置還可以在軟啟動(dòng)裝置需要維修的時(shí)候，在一定時(shí)間內(nèi)，用來(lái)直接啟動(dòng)這兩臺(tái)設(shè)備，提高了設(shè)備的可靠性。
（2）行走及回轉(zhuǎn)的變頻控制優(yōu)化
         行走及回轉(zhuǎn)變頻器原來(lái)設(shè)計(jì)為可以在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整速度。通過(guò)實(shí)際觀察，發(fā)現(xiàn)行走頻繁調(diào)整速度在我公司輸煤運(yùn)行方式中實(shí)際意義不大，并且頻繁大范圍的調(diào)整行走速度，使電纜卷筒和行走之間的同步情況變的不可預(yù)知，容易拉斷電纜；如果將行走電機(jī)制動(dòng)器調(diào)整過(guò)緊，在行走停止瞬間又會(huì)引起整個(gè)機(jī)體的震動(dòng)；因此，根據(jù)運(yùn)行狀況和實(shí)際需要將變頻器的調(diào)速范圍變窄，為20-30Hz。同樣的原因，為了防止回轉(zhuǎn)速度過(guò)快造成懸臂撞擊機(jī)械止擋器，為了防止取料時(shí)造成輪斗與煤堆過(guò)度撞擊而使輪斗電機(jī)過(guò)載，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況需要，將回轉(zhuǎn)速度限制在0-20Hz范圍內(nèi)平滑調(diào)整。電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速被大幅降低后，電動(dòng)機(jī)的同軸冷卻風(fēng)扇散熱能力不如以前，但該設(shè)備安裝在室外，自然通風(fēng)條件比較好，在加上不需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的溫升一直符合規(guī)定，所以在<