徐曉磊 河北理工大學(xué)；神華天津煤炭碼頭有限公司，天津，300452

取料機(jī)回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)無極變速

徐曉磊 河北理工大學(xué)；神華天津煤炭碼頭有限公司，天津，300452

本文介紹了變頻器技術(shù)在取料機(jī)中的應(yīng)用，它功能強(qiáng)大，可以很好地控制取料機(jī)在作業(yè)過程中的回轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)無極變速。

取料機(jī);變頻器;回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);變頻調(diào)速;主令控制器

變頻調(diào)速系統(tǒng)一般有電動(dòng)和發(fā)電兩種運(yùn)行狀態(tài)，具體到煤場(chǎng)，斗輪堆取料機(jī)在堆、取料作業(yè)時(shí)，尤其是取料作業(yè)時(shí)，懸臂回轉(zhuǎn)角度有一定的區(qū)域限制，斗輪堆取料機(jī)懸臂回轉(zhuǎn)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次循環(huán)為向左加速-向左減速-停止-向右加速-向右減速-停止。如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于加速狀態(tài)，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的作用力大于懸臂的阻力，電動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速后，由停止-向左加速（或停止-向右加速）過渡時(shí)，由于懸臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)受原煤阻力和懸臂重力的作用，會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)反向加速度力，這就要求回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)通過變頻調(diào)速、減小頻率來實(shí)現(xiàn)減速。

1.取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成

取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所采用的變頻器是低壓交-直-交電壓源型變頻器，由主回路和控制回路兩部分組成，如圖1所示。在主回路中，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出信號(hào)進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將逆變成交流電?？刂苹芈吠瓿蓪?duì)主回路的控制，以及對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU和一些相應(yīng)的電壓、電流檢測(cè)回路的控制。變頻器的控制方式為PWM正弦曲線控制方式，即動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制方式，由控制系統(tǒng)高速計(jì)算電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需功率、最佳控制電壓和電流矢量，最大限度地發(fā)揮電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的作用。

回轉(zhuǎn)有聯(lián)動(dòng)臺(tái)、半自動(dòng)和就地運(yùn)行三種控制方式。在取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或手動(dòng)操作，也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行操作。變頻器具有低速軟啟動(dòng)功能,可平滑地大范圍調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻器與取料機(jī)PLC進(jìn)行速度控制信號(hào)交流的基本回路為0～10V直流模擬回路，當(dāng)速度控制信號(hào)輸入變頻器時(shí)，將改變變頻器的輸出頻率，即改變回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖1 斗輪機(jī)懸臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變頻器的組成

2.系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

取料機(jī)的回轉(zhuǎn)變頻裝置和電氣控制系統(tǒng)集成在一個(gè)電氣柜內(nèi)，通過接線端子與母排與原系統(tǒng)連接，主要元件敘述如下：

變頻器：6SE7031-2EF60+G95+K01+K11(55kw)

制動(dòng)單元：6SE7028-0ES87-2DA1

制動(dòng)電阻：10KW 4歐 做1箱，并成1戶內(nèi)柜

輸入電抗器：K119-421

輸出電抗器：K119-423

電動(dòng)機(jī): B21R 180L 4 SMG HB TWS HW 380/660V 44/25.5A 22KW 1470r/min

變頻器內(nèi)置多種保護(hù)，對(duì)包括直流母線過/欠電壓、變頻器過載、電動(dòng)機(jī)丟轉(zhuǎn)失步、裝置超溫、輸入電源故障以及自身電路板損壞等多種故障進(jìn)行監(jiān)控。與此對(duì)應(yīng)，擁有近200種故障和報(bào)警代碼，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該裝置可及時(shí)停止運(yùn)行，防止事態(tài)惡化。并通過液晶面板（PMU的一部分）顯示故障代碼，提高查找故障的效率。

2.2 系統(tǒng)原理

改造后的取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度變化為1m/min的低速至30m/min的高速。速度轉(zhuǎn)換為無極變速,有向東和向西兩種運(yùn)行方向。它主要有兩種操作方式：一種操作方式是司機(jī)操作，主要是煤炭碼頭公司取料機(jī)用于取料作業(yè)。當(dāng)司機(jī)操作主令開關(guān)時(shí)，有兩路信號(hào)同時(shí)發(fā)出：一路是開關(guān)量，直接輸入到PLC程序，通過PLC程序處理，綜合多種條件（包括限位開關(guān)、碰撞保護(hù)開關(guān)等）最終發(fā)出，指令傳送給變頻器，令變頻器啟動(dòng)，從而取料機(jī)進(jìn)行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。另一路是0～10V變化模擬量，它由主令開關(guān)所附電位器產(chǎn)生，隨主令開關(guān)的行程平滑變化，輸入到變頻器，決定著動(dòng)作的運(yùn)行速度。各輸入點(diǎn)的功能可通過設(shè)定的參數(shù)來確定。當(dāng)變頻器從輸入端子接到運(yùn)行指令后，根據(jù)輸入狀態(tài)和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，就由內(nèi)部閉環(huán)電子線路控制逆變器，利用脈寬調(diào)制方法產(chǎn)生所要求的頻率、幅值和相序的電壓源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

另一種操作方式是就地操作，固定的低速運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)PLC程序中的設(shè)置，變頻器將輸出預(yù)置頻率值來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)固定低速運(yùn)行。此方式的變頻器啟動(dòng)與方向輸入情況與司機(jī)操作方式類似，主要用于維修，巡視進(jìn)行大機(jī)錨固操作。

3. 系統(tǒng)改造

司機(jī)室電氣柜的從站機(jī)架順序依次為1756-CNB模塊，1756-IB32/B DI9, 1756-IB32/B DI10,1756-IB32/B DI11,1756-IB32/B DI12,1756-IB32/B DI13，1756-IF16 AI2。首先通過控制網(wǎng)，增加型號(hào)為1794-ACN15/C,節(jié)點(diǎn)號(hào)為5的適配器，同時(shí)增加模擬量輸入輸出模塊1794-IE4XOE2/B重新組態(tài)成新的網(wǎng)絡(luò)。

圖2 1794-IE4XOE2/B模塊參數(shù)設(shè)定

選擇我們要在RSLinx中組態(tài)的控制網(wǎng)，然后選擇OK，系統(tǒng)開始掃描ControlNet上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，掃描完畢后，發(fā)現(xiàn)1794-ACN15/C出現(xiàn)在控制網(wǎng)絡(luò)上，組態(tài)成功，保存數(shù)據(jù)完成組態(tài)。

然后對(duì)1794-IE4XOE2/B模塊進(jìn)行模擬量設(shè)定，如圖2所示。

在取料機(jī)司機(jī)在進(jìn)行取料時(shí)，是通過操作臺(tái)上的操作手柄，帶動(dòng)操作手柄里面安裝的一個(gè)電位器，可以控制變頻器的頻率在一定頻率之間無極變化，從而控制回轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速無極變化，實(shí)現(xiàn)取料機(jī)左右回轉(zhuǎn)無極調(diào)速控制。

取料機(jī)回轉(zhuǎn)的操作手柄選用的是MKLC-5-4P-R1的主令控制器，該元件有對(duì)應(yīng)三個(gè)開關(guān)量信號(hào)的操作檔位，即兩個(gè)相反方向的運(yùn)行擋位和一個(gè)停止檔位，線號(hào)661接接手柄的零位即停止位置，線662接左轉(zhuǎn)低速，線663接右轉(zhuǎn)低速，這三個(gè)開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC程序。取料機(jī)司機(jī)操作回轉(zhuǎn)時(shí)，PLC接收到手柄信號(hào)同時(shí)，變頻器收到信號(hào)，然后控制取料機(jī)回轉(zhuǎn)向左向右運(yùn)動(dòng)或者停止運(yùn)動(dòng)。

取料機(jī)回轉(zhuǎn)操作手柄上面的電位器在物理結(jié)構(gòu)上有三個(gè)接線抽頭，接線時(shí)，將中間的抽頭接入1794-IE4XOE2/B的輸入通道，將其中的電阻兩個(gè)終端接線抽頭分別接線，664接到1794-IE4XOE2/B模塊輸出的電壓0通道，665接到電壓1通道。

從停止位置向左或向右滑動(dòng)手柄時(shí)，輸入給變頻器的模擬電壓信號(hào)逐漸減小或增大，使電動(dòng)機(jī)的速度逐漸變化。即：

圖3 電位器輸入給變頻器的模擬電壓原理圖

圖3所示為手柄由停止位置向左或向右移動(dòng)時(shí)電位器輸入給變頻器的模擬電壓原理圖。由上圖可得出公式：

由公式可以計(jì)算出電位器滑動(dòng)端在不同位置輸入給變頻器的模擬電壓值為：

隨著手柄的運(yùn)動(dòng)，r2的阻值平滑變化，使輸入給變頻器的模擬電壓值Vx作相應(yīng)的變化，達(dá)到無極調(diào)速的目的。

4.結(jié)束語

按照這種技術(shù)方案已經(jīng)對(duì)公司的6臺(tái)取料機(jī)全部進(jìn)行了改造，改造后，司機(jī)對(duì)取料機(jī)這種回轉(zhuǎn)無極操作方式非常適應(yīng)，在取料作業(yè)的過程中，可以根據(jù)自己長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)，自己掌握取料機(jī)回轉(zhuǎn)速度，使取料機(jī)的作業(yè)效率得到了有效的提高，達(dá)到了預(yù)期的效果。另一方面，取料機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑的無極變速的同時(shí)，對(duì)取料機(jī)本身也是有益的，減輕了在回轉(zhuǎn)作業(yè)過程中由高速突然變成低速，或突然高速左轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚儆肄D(zhuǎn)對(duì)于設(shè)備本身的沖擊，減輕了設(shè)備的磨損情況，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

[1]魯慶.變頻調(diào)速裝置在秦煤三期斗輪取料機(jī)行走系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國港灣建設(shè).2003（2）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.094