集装箱式轨道吊电控系统的分步升级研究

胡威

舟山甬舟集装箱码头有限公司 浙江 舟山 316000

1 选题背景

1#-12#轨道吊是诺尔起重机械有限公司为我司制造的第一批订单到港堆场轨道吊设备，采用西门子6SE70系列变频器产品，部分轨道吊设备已投用10年。

目前西门子6SE70系列变频器全面停产，后续备件采购或为定制方式将大大延长采购周期，且采购成本将会成倍增加，在备件紧缺的状况下，设备可能会存在停机的风险。

考虑1#-12#轨道吊大部分已投用十年，设备电控系统产品将进入生命周期尾期，且后续故障将会大大增加，备件难以采购，我司遂决定开展轨道吊电控系统改造项目[1]。

2 器件选型

在变频系统改造前，我司经过多次考察比较，并结合我司目前现状，选择使用西门子SINAMICS S120系列变频器来替代西门子6SE70系列变频器，我司变频系统改造采用不改造方式，同种系统新、旧产品通信对接比不同品牌混合较为稳定。

同时西门子SINAMICS S120系列变频器还具有以下优势，为我司后续改造创造良好的条件。①允许不同功率等级与控制性能的单元自由组合，所有系统组件之间都具有高度的兼容性，同时还可通过简单并联就可实现功率的增容；②上位通讯支持标准的PROFIBUS DP现场总线或新一代高速工业以太网技术PROFINET，可以方便地集成到码头IT环境；③一个控制单元（CU模块）就可同时控制多达四台逆变和一台整流，所需数据都保存在控制单元中，在控制单元内就能建立轴间连接和控制，保证系统高效可靠运行；④全新的IGBT整流 ——SLM，在实现四象限运行的基础上，成功避免了换流故障，又免除了传统晶闸管正反桥整流/回馈所需的自耦变压器，大大提高了传动系统的可靠性；⑤整流回馈均采用IGBT元件，产生可调节的直流母线电压，功率因数可达到1，带有闭环矢量控制。

另外，一方面我司13#-16#轨道吊均采用的是西门子SINAMICS S120产品，考虑到码头产品的通用性，选择西门子S120产品有利于我司库存的控制和成本的节约。另一方面，我司维修人员对西门子系统较为熟悉，在维修点检方面效率要高于其他品牌系统[2]。

3 改造流程

3.1 方案设计

考虑到我司西门子6SE70系列变频器使用较多，而且我司的现状是目前处于成长期，设备较少。整台变频器系统改造不仅周期较长，对现场生产作业会产生一定影响，而且整体改造费用较大。在这种前提下，我司开始调研变频器分步改造的可能性，即整流回馈单元采用西门子6SE70系列，主机构逆变器采用西门子S120系列模式。经过一系列前期调研工作，这种模式是可行的。

本项目主要将9#轨道吊所配置的起升、大车、小车三大主机构西门子6SE70系列变频驱动部分升级为西门子S120系列驱动，修改相应参数、CMS系统并对涉及的设备程序、故障显示屏软件变量接口内容及CMS系统软件接口内容的修改，PLC系统保持不变。

考虑到原来AFE系统还保留及电气房空间位置较小，新装变频系统采用共直流母线形式，且安装在原电气控制屏变频器位置上。

3.2 安装调试

在整个项目设备改造之前，根据现场实际改造内容和改造设备勘察测量，制定出合理的改造方案，并确保施工现场的布置满足安全施工的基本要求。

3.2.1 安装完成后电气检查。在完成旧变频系统拆除和新变频系统安装工作后，送电之前必须进行送电前安全检查。

主要检查项目有确认变频驱动系统和控制系统可靠接地，确认电气布线已按图纸要求进行正确安装，确认增加的开关、仪表和指示灯电气接线均已校验合格，确认各电机的绝缘性是否良好， 检查变频器的输入输出接线，检查确认主电源电压均正常。

3.2.2 设备调试。进入设备调试阶段，送电检查逆变器前侧直流母线电压，依次进行起升电机的动态优化和静态优化，小车和大车电机的静态优化，并确认各个电机的运转方向，根据运行结果设定变频器相应的参数。

将各个电机恢复到原来状态，通电调试各个机构，低速运行重复试车，确认操作手柄和电机转向的一致性，检查电动机和减速箱的运行震动发热情况，并进行设备的重载和空载测试，并记载相应的变频器运行曲线图。

在各机构调试满足要求后，必须进行功能试车和连续运转试车。主要检测电机、变频器的温升，各机构元件的工作可靠性，控制系统的稳定性。

4 项目小结

国内变频器驱动系统整体升级改造项目较多，但是只改整流回馈单元或者主机构逆变系统项目不多，通过此项目，我司不仅积累了变频驱动项目分步改造成功的经验，缩减改造周期和成本，大大降低对现场作业的影响，同时改造下来的部位可以继续作为备件使用，避免现阶段陷入备件难以采购的困境，也节约备用采购的成本。