2號(hào)帶斗門(mén)式起重機(jī)（SU2，500Uh）電控采用繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。因調(diào)速電阻發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致環(huán)境溫度迅速上升，綜合性能指標(biāo)差，效率低；異步電機(jī)集電環(huán)和電刷，要求定期維護(hù)；大量的繼電器、接觸器的故障頻繁，維護(hù)量大；電氣制動(dòng)采用渦流電機(jī)制動(dòng)，動(dòng)態(tài)性能差、耗能高?？删幊炭刂破鳛槿樟?0世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，只能處理開(kāi)關(guān)量，掃描時(shí)間長(zhǎng)，為此，決定對(duì)該設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。
一、帶斗門(mén)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)
1．門(mén)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）150％額定轉(zhuǎn)矩。
2．當(dāng)抓斗下降時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋。
3．在抓斗滿載突然打開(kāi)和由空載挖煤時(shí)，負(fù)載會(huì)急劇變化。
4．電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)之間切換不能平滑完成，時(shí)有墜斗現(xiàn)象。
5．變幅機(jī)構(gòu)的變幅巴桿嘴在35m處和9m處能準(zhǔn)確停止，在8m處能緊急停止。
6．通過(guò)觸點(diǎn)式手柄完成調(diào)速電阻切換，切換時(shí)電機(jī)電流突變，沖擊較大。
二、改造配置
        根據(jù)門(mén)機(jī)的運(yùn)行待點(diǎn)，同時(shí)為了滿足門(mén)機(jī)高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低速滿轉(zhuǎn)矩、快速的轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間和抱閘順序控制功能的要求，選擇ABB的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器，為與其匹配選擇ABBAC80(Advance controller)PLC，組成一個(gè)多傳動(dòng)控制系統(tǒng)。
1. AC80可編程控制器
AC80 PLC是專(zhuān)為傳動(dòng)設(shè)計(jì)的，其CPU是16位模式的MC68360處理器，工作頻率25MHz，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制、開(kāi)關(guān)量處理、數(shù)據(jù)通信等。通過(guò)電氣Module Bus與I/0模塊通信，也能通過(guò)DRIVEBUS傳動(dòng)總線）控制最多達(dá)12個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。用戶使用Function Chart Builde：軟件（以下簡(jiǎn)稱FCB）對(duì)AC80進(jìn)行編程，AC80程序包括PC部分（程序部分）和DB部分（數(shù)據(jù)庫(kù)部分）。
2.NDBU-85總線適配器
總線適配器與AC80和各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間通過(guò)光纜組成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶可以通過(guò)適配器上的撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定各傳動(dòng)點(diǎn)在適配器上的通道號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸速率可達(dá)4Mbit/s。
3.ACS600晶閘管供電單元（TSU）
如圖2所示，晶閘管供電單元主要是兩個(gè)六脈波晶閘管橋組成。正橋?qū)⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電，然后通過(guò)中間的直流環(huán)節(jié)將電能輸送給傳動(dòng)部分（逆變器）。無(wú)論何時(shí)需要將多余的電機(jī)制動(dòng)能量反饋回給電網(wǎng)時(shí)反橋就會(huì)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
4.ACS600逆變器
ACS600逆變器是通過(guò)交流電機(jī)定子磁通來(lái)直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。如圖3所示，根據(jù)電機(jī)定子磁通和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值來(lái)實(shí)現(xiàn)功率器件的開(kāi)關(guān)控制，采用了高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），可快速實(shí)現(xiàn)功率器件開(kāi)關(guān)信號(hào)的選擇。用戶通過(guò)Drive window軟件和CDP312控制盤(pán)對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)設(shè)置及故障跟蹤等。逆變器將直流電根據(jù)AC80的控制指令轉(zhuǎn)換成交流電輸出到電機(jī)，在抓斗下降過(guò)程中將電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的能量整流成直流送回直流母排回饋給供電單元。
為了保證準(zhǔn)確定位變幅距離，在原來(lái)凸輪限位的基礎(chǔ)上加裝了絕對(duì)值編碼器和光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)，保證該機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
三、調(diào)試方法
調(diào)試主要步驟如下：
1．將PC機(jī)通過(guò)RS-232接口與PLC上的Service口連接。采用FCB軟件定義PLC的UO地址，根據(jù)門(mén)機(jī)的運(yùn)行特性和控制工藝編寫(xiě)控制程序；編寫(xiě)好的程序存儲(chǔ)在PLC的FPROM內(nèi)，PLC再將程序從FPROM中讀至RAM中運(yùn)行。
2．設(shè)定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在PLC中的地址。在程序的DB部分用DRB00模塊定義傳動(dòng)點(diǎn)在DRIVEBUS上的地址，最多可以定義12個(gè)地址。
3．逆變器參數(shù)的設(shè)定。在電機(jī)投入運(yùn)行之前需要對(duì)它進(jìn)行識(shí)別運(yùn)行，識(shí)別運(yùn)行完成后，變頻器根據(jù)識(shí)別的參數(shù)建立電機(jī)的數(shù)字模型，并根據(jù)模型對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
四、改造效果
改造后的門(mén)機(jī)有以下特點(diǎn)：
1．電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變硬，定位精確，提高了卸船效率。
2．運(yùn)行，啟、制動(dòng)平穩(wěn)，加、減速時(shí)沖擊減小，安全性提高，延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命。
3．拆除渦流制動(dòng)裝置，電氣制動(dòng)由變頻器實(shí)現(xiàn)，降低了能耗，同時(shí)也減少了維護(hù)量。
4．機(jī)械制動(dòng)在電機(jī)速度接近零速時(shí)投入，所以機(jī)械剎車(chē)的制動(dòng)片壽命大大延長(zhǎng)。
5．將原來(lái)的繞線異步電機(jī)的調(diào)速電阻拆除；短接集電環(huán)改作鼠籠電機(jī)使用，節(jié)約了更換電機(jī)的成本。
6．減少大量交流接觸器，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
7．結(jié)合PLC及變頻器自身的保護(hù)、檢測(cè)、故障報(bào)警等強(qiáng)大的功能，提高電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
       經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分別檢測(cè)SU2的變幅、起升、開(kāi)閉的穩(wěn)定性，抓斗額定負(fù)荷16t，設(shè)定超負(fù)荷能力為120%，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到110%×l6t時(shí)報(bào)警，達(dá)到 118%×l6t一擋起升1.5s停止起升，抓斗超負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確數(shù)字化。在抓斗滿負(fù)荷三擋起升下降時(shí)能準(zhǔn)確停止，無(wú)墜斗現(xiàn)象。抓斗、變幅加速減速平穩(wěn)，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變幅鶴嘴準(zhǔn)確停止在9m，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8m造成的故障維修。
        經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方法分別檢測(cè)SU2的變幅、起升、開(kāi)閉的穩(wěn)定性，抓斗超負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確數(shù)字化。在抓斗滿負(fù)荷三檔起升下降時(shí)能準(zhǔn)確停止，無(wú)墜斗現(xiàn)象。抓斗、變幅加速減速平穩(wěn)，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變幅鶴嘴準(zhǔn)確停止在9m，到目前尚未發(fā)現(xiàn)一起因變幅沖8m造成的故障維修。改造后實(shí)現(xiàn)能量回饋，比原來(lái)系統(tǒng)省電30%。改造前的系統(tǒng)需要每個(gè)季度更換一次主接觸器和輔助接觸器的觸頭，這些觸頭費(fèi)用昂貴并且安裝時(shí)消耗大量人力，維護(hù)花費(fèi)達(dá)到30000元/月。改造后只需要對(duì)變頻器定期清理維護(hù)，節(jié)省了維護(hù)成本，經(jīng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)季度可節(jié)省成本12萬(wàn)多元。      

         比較徹底地改變這三大機(jī)構(gòu)由于控制方式上的缺陷，引發(fā)故障率高，能耗高的技術(shù)難題。