西门子全交流变频驱动系统在电厂卸船机上应用

1.引言

自从改革开放以来，中国经济高速发展，工业制造业也发展迅速，国家对电能的消耗需求非常旺盛，特别是最近几年，电力需求供应矛盾非常突出，所以很多大型电厂纷纷上马，由于电厂发电每天要燃烧大量的煤，通常燃料煤用大型运输船通过海上运输到岸，然后通过岸上设备把煤从船舱里卸到岸上运输皮带输送到中央燃烧室，通常我们用抓斗式卸船机完成这项工作，早期的抓斗卸船机控制系统为直流控制系统。但由于直流系统作业时对电网影响较大，直流电机维护成本较高，随着交流调试技术日趋完善，所以我们在后续的项目上使用西门子AFE整流回馈单元和交流变频器6SE70全交流控制系统。如江苏南通电厂1X1500T/H卸船机，大连庄河电厂2X1250T/H卸船机。在今年调试完毕投入使用以来，系统工作稳定，维护简单，节约能源。作业效率高而深受用户好评。

但是由于卸船机抓斗抓煤时工控比较恶劣(煤的湿度，颗粒成分不一样，对抓斗闭合时产生阻力也大不一样)并且抓斗完全属于钢丝绳牵引，同时要保证钢丝绳受力均衡，整个系统控制上比较复杂，下面我们就对整个系统及特殊功能实现分开进行详细阐述。

2.系统硬件构成

下图(图2)为卸船机典型电控系统主回路图，图中我们采用西门子先进的AFE整流回馈单元整流，使用西门子6SE70系列矢量控制调速装置进行电流逆变驱动各机构电机。

如图2所示，我们通过一个三绕组主变压器给两个整流回馈装置AFE装置能根据负载工作情况主动调整功率因素使其恒接近为1，且无常规整流器通常无法避免的换相豁口，最大限度的减少对供电电网干扰，同时又能有效的将再生能量回馈回电网，节约能源，系统中两个AFE装置同时给公用直流母排供电，公用直流母排上挂接起升，开闭，大车，小车(俯仰共用)机构逆变器，各机构逆变器分别驱动相对应机构电机。

注意这种情况下为保证两个AFE提供能量一致，负担平衡，通常我们会把第一个AFE实际电流送给第二个AFE电流给定实现AFE电流平衡。

对于抓斗部分，整个机构由四根钢丝绳牵引控制，两根为起升钢丝绳分别缠绕在升卷筒1，2上由起升机构电机控制，两根为开闭钢丝绳分别缠绕在开闭筒3，4上由开闭机构电机控制(如图3所示)。

通过用速度编码器采集实际电机速度反馈与速度给定形成闭环控制。此时，抓斗速度由自身手柄速度给定控制。

当抓斗上升，下降时，速度同步指令使能，虽然开闭手柄速度为零，但开闭驱动器速度输入通道同时接受起升机构通过SIMOLINK传输过来的起升速度值，即此时起升，开闭驱动器速度给定值一样，通过各自速度闭环后，实际速度保持一致，从而到到速度同步。

同时，电流平衡指令使能，起升驱动器将起升电流给定值(在速度调节器后端，电流调节器前端)通过SOMOLINK光纤传给开闭驱动器，在开闭驱动器中，将传输过来的起升电流值与开闭自身电流进行比较，差值作为一个用户自定义PID调节器输入进行PID调节积分(调节器增益，积分参数需在现场调整)，调节器输出值进入开闭驱动器速度调节器，当起升电流大于开闭电流时，PID调节器输出为负值，开闭速度调节器输入增加一正量，导致速度调节器输出增加，及开闭电流增加，当开闭电流增加到与起升电流相同时，即此时PID调节器输入为零，输出为恒定，此时开闭电流保持恒定与起升电流一致。反之，当起升电流小于开闭电流时，PID调节器输出为正值，开闭速度调节器增加一负量，导致速度调节器输出减少，及开闭电流减少，当开闭电流减少到与起升电流相同时，即此时PID调节器输入为零，输出恒定，此时开闭电流保持恒定与起升电流一致。所以，在PID调节器自动调节下，起升，开闭电流一直保持平衡，从而实现电流平衡功能。

4结束语

在大部分起重设备中，由于抓斗卸船机上抓斗控制的复杂性对电控系统的设计，PLC程序的编写及驱动器参数的设置有着较高的要求，同时也需要现场人员的良好的调试技巧，在通过对卸船机电控系统的设计调试中，使人对西门子AFE整流装置，6SE70变频调速装置功能及性能有了更深的了解与掌握。