翻车机变频器及PLC升级改造工艺

李云超 田力

摘要：作为北煤南运的重要通道，目前黄骅港的煤炭下水能力逐年增加，但所使用的翻车机的接卸能力已不能满足煤炭接卸要求。文章通过对一期CD3翻车机变频器、PLC系统的改造升级，大大提高了翻车机作业的稳定性和作业效率，为保证煤炭接卸提供有力支撑。

关键词：翻车机;变频器

1、工程概况

黄骅港一期工程中翻车机采用的是变频调速系统，主体设备的变频器为西门子6SE70系列产品，由于运行时间已达10年以上，设备严重老化，变频器内部元件損坏频繁，每次维修时间较长，严重影响了黄骅港一期的翻车机的生产效率及设备完好率。

为了确保设备安全可靠，提高设备的运行效率及稳定性，对现有黄骅港一期工程翻车机变频器及控制系统进行升级改造。同时为了适应变频器控制要求，对控制系统优化升级。

2、国内外现状

我国采用翻车机卸煤起步相对较晚，其自动化控制程度及稳定性与德国等国家先进港口相比存在一定差距。随着国民经济的快速增长，黄骅港作为北煤南运重要通道，其自动化水平近几年有了较大提高。通过对翻车机变频系统的改造，现有翻车机设备的翻车效率将有更大提高。

3、施工内容

3.1、变频器改造

3.1.1设备现状

现有一期翻车机的变频器为6SE70系列，使用交直交变频，每台翻车机需改造两套变频系统，分别是：

定位车变频系统：现有定位车控制由一台AFE单元，拖动两台逆变器（每台逆变器拖动三台110KW电机），目前控制方式为不带编码器的开环控制方式。

推车机变频系统：现有推车机控制由一台AFE（主电源接触器-一滤波回路等）供电至一台SIEMENS6SE7137-0EG80-2BA0-Z变频器整流，并通过三套“预接触回路”分别控制翻车机两台200KW的电机及推车机3台110KW的电机。推车机控制采用不带编码器的开环控制方式，翻车机采用带编码器的转矩控制方式。

3.1.2改造方案

将目前西门子6SE70系列变频器进行更新，采用具有伺服控制的髙性能新一代西门子S120系列变频器替换老一代Masterdrives产品。S120系列交流驱动器包含的控制单元可以提供驱动功能和工艺功能，通过补充不同的系统附件可以用于扩展功能，满足不同编码器接口和过程信号的要求。其整机具有操作方便、安装和布线简单的特点。整流单元需具有能量反馈，动态功率因数补偿，动态消谐等功能。

定位车整流单元共用一套ALM模块，考虑到后期可能由C70主车型改为C80主车型，设计容量不低于900KW。逆变单元采用一对一的控制模式，即每台逆变单元对应一台电机。两套ALM模块需设计成正常工作时共直流母线供电，当一台出现故障停机时，可以满足并实现单台为11套逆变直流供电要求。

3.2、PLC控制系统升级

为了满足变频器的优化控制，需要对PLC控制系统进行升级，同时实现对现场设备的高效、精确定位控制功能。目前翻车机使用的是基于AB公司的PLC-5（1785-L80C15处理器）的控制系统，已不适应现场控制系统的要求，升级改造为基于controlLogix的控制系统，以提高运行、通讯速度，提升翻车机系统效能，并使程序的可造性进一步加强。

3.2.1硬件升级方案：

（1）PLC主处理器及机架升级到最新的cotnrologix系列，DH+网络升级为enthernet网络，编码器由高速计数采集方式升级为以太网通讯模式，远程机架通讯适配器升级到enthernet通讯模式，PLC与远程控制画面采用enternet通讯。

（2）PLC机架采用PR0FIBUS与变频器进行通讯，原有相关硬件通讯的功能单元全部由PR0FIBUS通讯协议替代。

（3）对现有PLC控制系统本地机架的硬件进行了更换，实现本地I/O模块、通讯模块的升级，所有模块采用最新版本，改造后的PLC本地机架选择17槽。

3.2.2软件升级方案

将原有程序转化成C0NTR0L0GIX5000的程序，并保持原有逻辑不变，标签及程序描述进行了汉化。本地RSVIEW32监控画面升级到RSVIEWSTUDIO，取消PANELVIEW，将功能集成到RSVIEWSTUDIO，并且跟远程监控画面兼容，解决远程监控画面与新升级PLC的兼容通讯问题。

为变频器配置通讯模块并组态测试，通过编制变频器控制程序实现变频器控制监控功能。为实现变频器的控制功能，对PLC进行编程，不改变原有程序结构的前提下实现变频器的数据采集、变频器速度控制以及斜坡控制，保证PLC正确可靠的控制变频器。PLC和中控室间的以太网通讯选用赫斯曼交换机，PLC和远程IO之间采用以太网环网。一路交换机与中控室及翻控室通讯，通讯模式为ETHERNET网络。同时对远程FACTORYTALKVIEW终端站对应标签进行重新编制，将翻车机现场监控终端更新为RSVIEWSTUDIO终端站，并实现以太网通讯，从而实现终端功能的全部移植和功能优化。

3.3、编码器改造方案

翻车机需增加出口电机编码器。因为现场翻车机系统存在大量煤尘，作业时振动较大，本次改造采用DEVICENET编码器作为位置编码器。控制信号通过光纤直接连到编码器上，减少中间环节。并且该编码器的分辨率及精度足够高，结合新一代PLC及DEVICENET模块使用大大提高了编码器的通讯速率，保证设备可靠的运行。

本次改造翻车机的定位车、推车机采取无编码器控制模式。

4、工厂测试调试方案

由于此次改造包括PLC升级改造及变频器网络升级改造时间紧张，项目现场实施工期要求为10天。将相关调试工作大部分转为线下工作，即提前在工厂调试完毕后进行现场停机安装。

变频器柜工厂制造完成后，将升级后的PLC连接到变频器上，测试新升级的程序。包括对变频器的通讯及电机的控制模式进行测试。利用两台与现场同型号的110kw电机、两台与现场同型号的200kw电机调试变频器参数值。通过调试优化变频器主从控制方案，同时调试变频器故障时可以保证电机可以有效停机。通过不断优化并修正变频器参数值，减少了大量的现场调试工作，节省了有效工作时间。

5、现场安装调试方案

5.1设备拆除安装

安装前准备工作：对电气室门、空调提前一天予以拆除。并将拆除电气室内电气控制盘柜的工具、支架、搬运柜体用的手动液压叉车等准备就绪。同时对CD3电气室的通风管支架更改位置或予以拆除。拆除CD3电气室内的原电气控制盘柜，以及安装新的电控盘柜，并尽量保持新盘柜的排列位置不变，以免造成电缆短缺。

拆除及安装电气盘柜时，同时拆除原PLC柜内的模块及安装新PLC模块（原+E6，+E10柜重新制作，其它PLC柜体保留）。

对新增加安装的编码器进行接线，并调试编码器及对编码器的位置进行调整。

5.2设备调试

调试PLC通讯，调试PLC网络，调试PLC与中控室之间数据交换及连接;调试两个+E6，+E10的现场连线，以及现场数据通讯。

对各主设备的变频器通电，并调试变频器与PLC之间的通讯连接。

开始对设备系统进行空载测试。

空载测试完毕，即开始带负荷进行试车测试，以及后期跟进维护。

6、结语

改造完成后，设备运行的稳定性和作业效率得到了很大的提高，实现了翻车机33循环/小时。翻车机整体返回水平位置精度，控制在上下0.1度范围。实现了良好的改造效果及经济效益。