余煤提升机电气系统的改造

[摘 要]本文介绍了余煤单斗提升机电气系统存在的问题，分析了系统发生”冲顶“故障的原因，采用plc和变频器改造其电气控制系统的方案、功能实现和编程，实践证明该改造方案设计合理，运行稳定，提高了生产效率。

[关键词]提升机；系统改造；PLC；变频器

中图分类号：S219 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0323-01

一、生产工艺简介及存在的问题

装煤车从炉顶把煤加入焦炉炭化室后，推焦车平煤杆则把碳化室内分布不均匀的煤堆来回推拉平整。在推焦车平煤时必然会带出一部分余煤，这部分余煤通过推焦车余煤斗收集后统一放至炉端台下方地坑内的余煤储槽内。单斗小车在地坑内装满余煤后便沿提升轨道上升至炉顶的储煤斗中，待储煤斗储满煤后再放到装煤车煤斗内循环利用。余煤单斗提升机在实际使用中多次发生余煤斗提升过位导致“冲顶”事故，将余煤提升机井架撞的脱焊变形，单斗小车顶部轨道槽全部拉裂，为此必进行大修，在大修其间，余煤全部倒在推焦车轨道上，严重污染现场工作环境，且大量的余煤只有通过工人铲到装载车内运往煤场，极大的增加了员工的劳动强度和二次转用费用，同时装载车和推焦车交叉作业，对人身和设备的安全均构成直接威胁，因此必须对单斗提升机的电气控制系统进行改造。

二、单斗提升机构“冲顶”的原因分析

余煤单斗提升机电气控制原来用的继电器接触器控制系统，提升机采用的是卷扬钢丝绳拖动的，钢丝绳使用一段时间后会被拉长，造成行程变化使煤倒不干净，其上下极限开关是用齿轮控制器，因小车在提升和下降的终点时具有一定的惯性，造成可动触头间距离加大，从而导致小车过位脱轨，因此，维修人员必须小心微调限位。综上，该系统是采用有触点控制，故障不高，甚至发生小车冲顶现象，影响生产的正常进行，且造成检修人员的劳动强度力大。

通过对小车过位的分析，卷扬电机的速度不能控制，小车运行终点惯性大是造成频繁过位的主要原因。

三、改造方案及实施

改造方案是通过有效控制卷扬电动机的转速，使单斗小车在上升和下降的前半程高速运行，后半程能自动减速运行，当单斗小车进入终点的弧形轨道后能缓慢的移动，最终将小车精确定位在一定倾角上，把斗内煤倒干净。当然，控制电动机转速最有效的方法就是利用变频器对拖动单斗小车的电动机实现变频调速。

3.1 变频器的选择

余煤提升机的负载表现为位能性负载，从地坑底部到炉顶顶部高度为23米，因此虽然转速要求变化但转距不能变，否则很容易造成电机堵转。其负载特性属于恒转矩负载为T1=f（n），负载转矩T1与转速n无关，任何转速下T1总保持恒定或基本恒定，故变频器应采用恒转矩控制方式。通过查找资料和咨询相关单位我们决定采用施耐德公司生产的ATV58系列异步电动机变频器，该变频器是专为起重机类负载而设计的专用变频器，具有如下特点：

1）具有全程磁通矢量控制，在1Hz的低频下，即使无速度反馈环节，也能提供150%额定转矩的转动力矩。

2）可配备制动单元，实现四象限运行，而且动态响应好。

3）在全速范围内，具有恒转矩特性。

我厂余煤提升机电机型号：YZ180L-8 11KW考虑到余煤提升机经常重负荷运行，因此变频器功率放大一级选用施耐德ATV58HD23N4 15KW的变频器。

3.2 电气原理图设计及元器件选用

为了既防止单斗小车过位“冲顶”又能有效的将煤倒干净就必需对电机速度进行分段控制，在上升或下降的的前半程，为了提高运煤的效率应高速运转，在上升或下降的后半程为了防止过位又应慢速运行。变频器的高、低速运行可以方便通过对I/O控制端口的参数进行设置来达到，但变频器输入、输出信号的给定却要通过外部电路来提供，由于余煤提升机现场的开关柜空间有限，安装好变频器后基本上没有多余空间，如果用常规继电、接触器来控制电路比较占位置，同时要达到上述功能电路设计也比较复杂，给今后设备的运行维护带来隐患。因此，余煤提升机电气二次回路的改造采用PLC技术进行设计。动作原理如下：当单斗上升时，由操作工按下上升按钮，变频器的“LI1”、“LI4”同时得电，电机快速运转，当上升到后半程时（约20秒）“LI4”断电同时“LI3”得电，电机转为慢速运行，上升到上限位后“LI1”、“LI3”同时断电，电机停止运转，当下降至后半程时（约20秒），“LI4”断电同时“LI3”得电电机转为慢速运行，下降到下限位后“LI2”、“LI3”同时断电电机停止运转。

3.3 PLC输入/输出元件的地址分配

根据余煤提升机升降控制的控制要求，在升降控制过程中有8个输入元件：上升按钮SB1、下降按钮SB2、停止按钮SB3、变频器故障R、上限位接触点SXW、下限位触点XXW、顶限位开关DXW以及地坑事故开关SK。有4个输出元件：变频器上升、高速、慢速、下降输入接点，各输入/输出元件的地址分配。

3.4 PLC的选择及程序设计

由于余煤提升机工艺较固定，同时为了降低改造成本我们选择三菱FX216MR型可编程序控制器来实现余煤单斗提升机升降控制，其输入、输出接线图如图1所示。目前余煤斗从地坑到炉顶顶啊的上升时间大约为38秒，所以我们选择从电机起动开始20秒后进行变速运行，根据工艺要求设计的PLC梯形图和PLC指令语句表程序。

3.5 ATV58变频器参数的设置

〔1〕变频器上电后会出现频率显示菜单，按一下“ESC”后再按二次“”到传动菜单，在这个菜单中输入电机参数，并进入“TUN”中进行自整定。

〔2〕在控制菜单（“CTL”）将“TCC”（控制方式）设为“2W”（二线制），“TCT”设为“LEL”（电平控制）。

〔3〕变频器速度的转换可由LI3和LI4输入端口外接开关的通断组合来实现。由于钳工反映余煤提升机提升速度稍快，容易造成导轨的磨损， “LSP”（低速、OHz）和“HSP”（高速、50Hz）我们都不选择，仅选择SP2和SP3二种预置速度。进入变频器I/O菜单后，由于“LI1”在变频器内默认为正转，因此不需设置，将“LI2”设为“RV”（反转），“LI3”设为“PS2”二种预置速度，“LI4”设为“PS4”（4种预置速度），然后再在调整菜单“SET”中将“SP2”设定为25Hz、“SP3”设定为48Hz。这样变频器的运行速度就有2种可能：当LI3接通，LI4断开时，对应慢速25Hz；当LI3断开，LI4接通时，对应快速48Hz。

四、结束语

余煤提升机自改造至今，单斗小车未发生一起过位“冲顶”现象，而且余煤倒的干干净净，得到了操作工的好评。同时由于余煤提升机速度较原来稍慢，因此减小了对轨道的磨损，特别是杜绝了过位“冲顶”现象，极大地降低了检修工的劳动强度，有利的促进了炼焦车间的生产。