1 引言

位于江蘇省沛縣境內的大屯煤電公司建立 30 年來 ， 依靠倒推成本 、 科技創新等方式 ， 始終保持旺盛的市場競爭力 ， 成為我國煤炭行業唯一一家自投產以來從未虧損過的企業 。 大屯選煤廠是大屯煤電公司的下屬單位之一 ， 于 1979 年 4 月興建 ，1982 年 9 月投產 ， 是一座年處理能力 210 萬噸的礦區選煤廠 。選煤廠在生產中采用了大量的先進工藝和技術，變頻調速技術在該廠得到了廣泛應用。 該廠有兩臺調度絞車 ， 該設備是鐵路煤倉調運鐵路車輛的專用設備 ， 可調運整列列車 。

2原設備存在問題

大屯選煤廠有兩臺調度絞車 ，該調度絞車采用雙速三相異步電動機拖動，電機參數為：

電機型號 YDJ-45/55-4/8

額定電流 84.4/114.8A

額定轉速 1473/733rpm

額定功率因數 0.8

絕緣等級 B

該調度絞車在未采用變頻器前 ，用戶首先采用工頻45KW電機高速將鐵牛從牛棚里拉出，經過40min拉到位，與列車車廂連接，然后裝車。采用55KW電機低速拖動車廂，由于用戶出料口出料時多時少，絞車為配合列車裝煤 ， 需要頻繁起動 、 停止 ， 啟動電流比較大 ， 接觸器的觸點及線圈經常損壞 ， 影響了列車的正常裝車 。 為了提高裝車效率 ， 大屯選煤廠決定選用我山東新風光電子科技發展有限公司生產的 JD-BP32-90T 變頻器對其調度絞車進行變頻調速改造 。 改造達到了預期目的 ， 現對改造方案作一介紹 。

3 調度絞車變頻控制系統

調度絞車變頻控制系統設備包括變頻控制柜 、 PLC、主操作臺。

供電電源為 AC380V，50Hz，三相四線制，由外部用戶開關引至變頻控制柜，內設總開關，其額定容量根據裝機總容量選配，具有短路、過載、失壓等多種保護功能。

控制及信號電源為 AC220V，由單相隔離變壓器供電，變頻控制柜設有風機進行通風散熱。主電路主要有變頻器電機回路，控制回路主要有西門子PLC、檢測元件、電磁閥、中間繼電器及指示燈等組成。

（ 1）變頻控制柜

內設保護變頻器的斷路器、風光變頻器、及三相雙擲開關等。

系統采用我山東新風光電子科技發展有限公司生產的提升機專用變頻器，該產品具有較大的啟動力矩、加速力矩和制動力矩，電機可在四象限運行，并且具有能量回饋單元，將制動時產生的再生能量回饋給電網。本產品除一般變頻器所具有的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護功能外，還具有開機連鎖保護，自動限速保護，完全適用調度絞車要求的力矩大，頻繁啟停、頻繁加減速及四象限運行等運行特點，是礦用調度絞車變頻改造的理想選擇 。 變頻器上的數字輸入、數字輸出接口與 PLC 相連，交接信息，隨時控制調度絞車的運行速度。在變頻器中可設置加減速時間， S 形速度曲線加速 ， 可最大限度地減小啟動過程中的機械沖擊，對調度絞車具有較高的安全性。

（ 2 ） PLC 控制柜

PLC 控制系統采用德國西門子 PLC 系列，模塊化結構，配置包含有數字輸入、輸出模塊、模擬量模塊、電源模塊、 CPU 模塊等。在本系統中采用采用西門子 CPU224 和模擬量模塊 EM232 。 CPU224 有 14 個（ I/O ）輸入接口和 10 個輸出接口。模塊 EM232 控制變頻器的運行頻率，進而控制電機的轉速。

PLC 輸入數字信號有：控制調度絞車運行的正轉指令信號，反轉指令信號，停機指令信號，低速指令，中速指令，急停指令，變頻器故障復位，控制調度絞車的東限位開關信號，西限位開關信號，斷繩保護信號，變頻器故障信號 。 。 PLC 輸出信號有開停機信號，正反轉信號，復位，急停及各種狀態指示信號。 PLC 的模擬量輸出信號用來控制變頻器的運行頻率。 PLC 通過程序對輸入指令信號進行各種邏輯處理，轉換成一套高效執行的控制指令，控制執行元件，完成自動化控制功能。

（ 3 ）主操作臺

主操作臺裝有調度絞車運行距離的監控顯示，以方便司機進行操作控制。其操作采用手柄的方式。為不改變司機的操作習慣，仍采用原操作臺控制。

4 風光變頻器 JD-BP32-90T 主要技術指標

變頻器額定功率 90KW

額定輸出電流 170A

輸入頻率 45Hz~55Hz

允許電壓波動 ±20%

頻率分辨率 0.01Hz

過載能力 160%連續1min 220% 1.5S

轉矩特性：

啟動轉矩大于兩倍額定轉矩；

低頻轉矩， 6Hz時大于1.6倍額定轉矩

直流制動、回饋制動等多種制動方式。

除一般變頻器所具有的各種保護功能之外，還具有開機連鎖保護，自動限速保護功能等，確保調度絞車安全，避免各種事故發生。

5 90KW大屯絞車接線圖

（1）主回路接線圖

圖 1主回路接線圖

Q1、Q2、Q3 工變頻轉換開關

K1 三相雙擲開關

K2 三相雙擲開關

BPQ JD-BP32-90T風光變頻器

M 用戶三相異步電動機

（ 2 ） PLC 接線圖

在該系統中 ， 西門子 PLC 接線如下圖 2：

圖 2 西門子 PLC 接線圖

KC0 為變頻器內部故障繼電器常開觸點。

用戶通過操作臺發出各種指令，經過 PLC 處理后，給出開停機等各種動作信號。由模擬量模塊 EM232 接受 CPU224 發出的指令，給出模擬電壓信號控制變頻器的頻率高低，進而控制調度絞車電機的速度大小。

6 PLC 控制流程圖及程序

（ 1 ）系統 PLC 控制流程如下圖 3 示 ：

圖 3 PLC 控制流程圖

（ 2 ）系統 PLC 控制程序如下：

7 對再生能量的處理

為了再生能量能夠回饋電網，變頻器的主回路采用雙向逆變方案。主回路原理示意圖如圖 4 示。

圖 4 主回路原理示意圖

8 調度絞車變頻控制系統的主要優點：

（ 1 ）變頻系統甩掉了原電控系統用的交流接觸器，設備不再頻繁啟動，提高了系統的可靠性。

（ 2 ）變頻系統實現了低頻低壓的軟啟動和軟停止， S 形速度曲線加速，使運行更加平穩，機械沖擊小，延長了機械設備的使用壽命。

（ 3 ）采用德國西門子 PLC ，抗干擾性強，能在比較惡劣的情況下使用，方便地適應工藝現場要求，使整個系統性價比高。

（ 4 ）采用能耗制動、回饋制動技術，成功解決了調度絞車在快速減速或急停時的再生發電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。

（ 5 ）節能效果顯著。變頻改造后，據實測，節電效果可達 40% 左右。

（ 6 ）采用變頻控制后，原雙速電機不用更換，將原電機當作 45KW 高速電機使用即可，節約了用戶投資。

（ 7 ）提高了生產效率。采用變頻控制后，當出料口的出料多時，變頻器采用中速拖動列車車廂前行；當出料少時，變頻器采用低速緩慢拖動列車裝車，不再需要電機頻繁啟動。用戶 50 節列車車廂裝料，若用原電控系統需要 30min ；變頻改造后，僅需要 21min ，大大提高了裝車效率。

9 結束語

總之，風光牌 JD-BP32-90T 變頻器在大屯選煤廠調度絞車上的改造是成功的。它不僅大大提高了生產效率，而且節電效果顯著，可以在類似場合大力推廣。