传统老式翻车机交流变频和分布式控制技术的应用

摘要：翻车机是火力发电厂的重要生产设备，主要功能是对铁路运输的煤炭车厢进行翻卸作业，本文着重介绍了湘潭电厂的传统老式翻车机通过引入交流变频技术和分布式控制技术进行升级改造后，使得老式翻车机的自动化水平、生产效率和安全可靠性显著提升。

关键词：翻车机；交流变频；分布式控制

1 引言

煤炭作为火力发电厂的主要燃料，翻车机是火力发电厂用来翻卸铁路敞车煤炭的大型机械设备，老式翻车机存在调速方式差，导致机械设备震动大，故障率高，以及集中式的控制系统维护不便，使得老设备的维修成本高，技术落后的老式翻车机不再满足电厂高效运转需求。

2 老式翻车机的现状

湘潭电厂2号翻车机设备，是由大连重型机器厂生产，于1997年投产，FZ12A型折返式，是典型的传统老式翻卸设备，翻车机卸车系统主要由拨车机、翻车机、迁车台和推车机单机设备构成。

2.1落后的驱动方式

此翻车机采用直流电机和绕线电机作为驱动系统，如表所示，在长期使用过程中出现许多问题，能耗较高，维护过程复杂，维修困难，给电厂增加了运营成本和维护成本，直流电机和绕线式电机调速方式传统落后，设备故障率高，可靠性差，设备勉强维持运行，已严重影响翻车机系统正常卸煤工作和生产效率。

翻车机主要设备调速方式

2.2控制系统维护问题

老式翻车机采用集中式PLC控制方式，受到当时技术局限造成的控制技术、通讯技术落后，以及近三十年连续生产使用，该控制系统逐渐暴露了越来越多的问题，使得现有设备使用效率低下，故障频出，由于现场设备信号分散相距较远，维护极为不便。严重影响翻卸生产和设备的安全，已经不适应现在高效运行电厂的生产需求。

3 改造方案实施

利用交流变频调速技术结合分布式现场总线控制技术对2号翻车机进行改造，提出可行性改造方案。

3.1变频电机优化选择

经过查询原电机和减速机的参数，在保证设备的重载应用特性，选用具有过载能力大、机械强度高、调速范围宽、精度高、运行稳定和维修方便等优点的专用变频调速三相异步电动机，替换原直流电机和绕线电机，电机功率按满足设备能力的最大功率选择，与变频装置组成的机电一体化系统能够实现无级调速，可使翻车机设备达到节能和自动化控制。

全数字交流矢量型变频器输出PWM波形，控制精度高、稳定性好，具有智能保护功能，有过电压及过电流保护，从根本上解决翻车机原调速系统的缺点，完全满足工艺要求，提高生产效率。变频调速系统能够减少电机启动时的冲击电流，降低对电网的影响同时延长电机的使用寿命。

每台单机设备均选用单轴驱动变频传动方式，采用一拖多控制方式，电机可以根据实际工艺需要调整转速和扭矩，实现设备的精确的控制。每台变频器均采用稳定可靠高速数据传输的Profinet总线与主控制系统通讯，通过全数字精确控制交流变频电机速度。

3.2分布式总线方案选择

集中式控制方式的弊端，就是分散信号需要采用大量的信号电缆连接，信号的维护检修困难。采用分布式控制技术将翻车机的控制系统分解为多个独立的控制单元，每个单元负责特定的功能区域，这种架构使得系统更加灵活、易于维护和扩展。

（1）分布式总线模块的选用

翻车机设备所在区域粉尘浓度大环境差，选用具有IP67高防护等级的紧凑型IO总线模块，这些具有强抗干扰能力的总线模块可以适应任何恶劣的电气和机械工况环境。总线接口、电源接口以及信号I/O接口接线均采用插接件快速连接，便于维护和更换。

（2）通信与数据交换

分布式控制系统通过高速通信网络将各个控制单元连接起来，实现数据共享和实时通信。这有助于提高系统的响应速度和整体性能。

现场总线技术具有数字化、开放性、运行稳定，是工业设备控制应用的发展方向。经过比较了多种主流的现场总线的特点，结合翻车机各设备分散距离相距离较远的特点，选择Profibus -DP总线，Profibus-DP总线通讯技术应用广泛，是开放的标准总线技术，其控制系统结构简单，可大量减少信号电缆的使用，从而降低成本，且降低施工费用、维护简单，可提高系统的控制精度和可靠性。

（3）故障诊断与预警

分布式控制系统能够实时监测翻车机各单机设备的运行状态，及时发现并诊断故障。每个模块信号通道具有独立的诊断功能。通过预警机制，可以提前采取措施避免故障的发生，确保设备的稳定运行。

3.3 解决问题

原翻车机卸车系统的安装施工不规范、接地系统混乱、接地不标准以及经过长期使用过程损坏，使得设备不能满足技术改造的要求，因此需在设计、制造和安装施工各个环节提前考虑。

（1）电机的匹配问题

变频电机选用时，需要注意连接轴的尺寸和电机的安装尺寸是否匹配，若不匹配，需电机进行定制化生产。

（2）干扰问题

所有信号线缆采用屏蔽信号电缆，将动力线缆和信号线缆、通讯线缆严格分开布线；动力电缆和信号接地系统单独进行接地。减少动力变频信号对信号和通讯线缆的干扰；将主站控制系统与分布式I/O总线系统采用抗干扰强的光缆通讯。

（3）接地问题

将动力电缆屏蔽悬浮接地直接到变频接地端，信号电缆屏蔽层单端接地，箱体和柜体单独做接地线保护接地。

4综合应用效果

将交流变频技术和分布式控制技术综合应用于老式翻车机中，翻车机卸车系统在以下几方面显著提升和改善。

4.1 维护方便

翻车机的整个控制系统采用分布式总线I/O控制方式，减少信号电缆使用，现场信号就近采集。采用总线通讯后，实现了远程通过程序监测和查看信号开关状态，减少故障率和停机时间。

4.2 运行稳定，提高设备安全性

翻车机卸车系统各单机设备采用交流变频技术，解决了设备精确定位，实现了运行软启和软停，降低了机械冲击导致的设备损坏和安全事故，延长了设备的使用寿命。

4.3 节能效果突出

各单机采用变频调速代替传统绕线式串电阻调速，使设备可以在不同工艺需求下以最优的转速运行，合理出力，降低电机能耗，尤其在轻载或空载运行时，交流变频电机能够明显降低能耗，从而提高能源利用率。

4.4 实现自动运行，提高运行效率

技术升级改造后，提升设备系统的自动化水平，翻车机卸车系统的控制系统稳定运行，实现翻卸自动运行，缩短了翻卸周期，明显提升设备工作效率。

4.5 节省改造投资费用

交流变频电机和交流变频的采购成本低和备件费用低，节省了原绕线电机和直流电机系统的投入费用；采用分布式总线技术大大减少了电缆数量使用。

5 结束语

综上所述，交流变频技术和分布式控制技术在老式翻车机中的应用具有重要意义。通过引入这些先进技术，使得老式翻车机的传动、控制系统实现了升级换代，可以显著提升翻车机的性能和可靠性，解决了设备运行隐患，提高了老设备的自动化水平，使企业以较少的投资取得了较大的经济效益，也为各电厂老设备的升级改造提供了参考依据。

参考文献：

[1]张江南 荆予华.变频技术在翻车机改造中的应用[J].华中电力，2007.2：64-66

[2]周文军，白永昕.变频调速在热电厂翻车机系统中的应用[J].电力机械，2003.92（24）：67-69

[3]基于PROFIBUS-DP的翻车机控制系统[J].煤矿机械，2013，34（2）：180-181