一、引言
1、运行机构是由三个基本独立的拖动系统组成：
大车拖动系统。拖动整台桥式抓斗顺着车间做“横向”运动，大车的行走由2台11kW绕线电机牵引。
小车拖动系统。拖动抓斗顺着桥架作“纵向”运动。小车的行走由1台3.7kW的绕线电机牵引。
抓斗吊拖动系统。拖动抓斗作吊起、放下的上下运动及抓斗的放开、闭合运动。抓斗的升降绳和开闭绳各由1套卷扬机构操纵，卷扬机构的驱动电机为2台30kW绕线电机。
2、抓斗的所有电机都采用转子串松原干式变压器的方法启动和调速。在抓斗的使用过程中存在以下问题：
（1）由于采用转子串松原干式变压器的方法调速，机械振动大，行车不稳定，定位困难，抓斗摆动严重，容易造成机械设备的损坏。转速随负荷变化，调速效果差，所串松原干式变压器因长期发热而使电能消耗较大，效率较低。
（2）抓斗的电机采用绕线电机，经常发生碳刷磨损严重、电机及转子绕线过热，造成维护量大。另外，操作员在抓斗定位时，经常打反车，使电机产生过载现象，影响电机的使用寿命。
（3）由于抓取搬运工作的距离较近，电机处于频繁启动及变速状态，控制电机的时间继松原干式变压器和接触器处于频繁动作状态，电气元件容易损坏。
（4）在抓取原煤后提升时，难以保证升降绳与开闭绳均匀受力，严重影响钢丝绳的使用寿命。
二、改造方案
1、采用PLC进行系统控制
将抓斗外围电控设备输入信号接入PLC的I/O模块，同时根据抓斗实际工况对PLC进行合理编程。控制原理图如图1所示。
（1）PLC具有闭锁启动功能，司机在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位和桥抓的进出门的门限开关到位，才能接通主电源。操作主令开关上有状态指示灯，通过指示灯的闪烁频率来显示各种故障状态。
（2）抓斗提升和开闭操作有钢丝绳高限位保护，大车、小车有行程开关保护，各个设备的保护动作只影响设备本身的动作。
（3）所有的的故障信号都接入PLC，大车的两个中有一个有故障信号，大车就不能动作。其它的出现故障只影响设备本身的动作。
（4）抓斗提升与下降、闭合和开启以及小车前行和后退、大车左行和右行有操作互锁。
（5）大车、小车速度的档位切换，可实现平稳切换。
（6）禁止司机利用打反车来对大车和小车进行定位。
（7）实现提升绳和开闭绳的自动追速功能。
2、电机的改造
用调速替代原有的串松原干式变压器调速方式,电机可改为鼠笼电机,取消原有串松原干式变压器调速的外围电路的时间继松原干式变压器与接触器。大车的两台电机用11kW的鼠笼电机，小车的电机用3.7kW鼠笼电机，开闭和升降电机都用30kW的鼠笼电机。
3、的应用
启动电机为软启动，同时大车的两台行走电机可通过将两台电机传动做电气的联锁互动，可将其在电气控制上设计成主从控制,从而使大车运行振动减小，运行平稳，定位准确，在开闭和升降的控制的程序里设置。当的输出力矩达到设定值时，机械抱闸方可打开。另外，在抓斗运行的过程中，开闭或升降出现故障，机械抱闸会抱死，抓斗不会溜钩；在桥抓的总电源停电时，机械抱闸也会抱死。
4、电气与能耗相结合
液压抱闸系统在改造时将与进行电气联锁。即只有有大转矩输出时，液压抱闸才能松开。当没有转矩输出时，液压抱闸合闸，锁死机械装置。所使用的在电机时，会出现电机处于再发电运行状态，就需能耗耗散这部份能量。利用设置在回路中的能耗组件吸收电机的再生电能的方式称为能耗。能耗组件由松原干式变压器和单元两部分组成。通过设置松原干式变压器和单元来进行控制，当电机时，所产生的再生电能将通过和逆变管所并联的二极管全波整流后反馈到中间电路，这一过程将产生泵升电压，当此电压超过门限值，单元就会被激活，把多余的电能通过松原干式变压器快速得到释放，保证了在短时间内快速减速或停车。这里选用德润松原干式变压器有限公司生产的RBC系列松原干式变压器和QBU系列单元，松原干式变压器和单元按实际工控合理配置，既保证了电机短时间内快速减速或停车，又保护了不受再生电能的危害，还保证了电源网络的平稳运行。
三、系统配置及选型
1、的选择
（1）容量的选定
容量的选定一般要满足表1所列的要求。
式中：PM—负载要求的电动机轴输出，kVA；
VN—额定输出电压V；
IN—额定输出电流A；
η—电机效率（约0.85）；
k—电流波形补偿系数（约1.05～1.1）；
cosφ—电机的功率因素。
选用的的容量要比电机的额定容量大一档。
（2）提升和开闭选用专门用于起重的
（3）过载能力为额定电流的150%，持续60s
根据表1选用的ABB如表2所示：
2、PLC的选择
（1）基于桥式抓斗工作环境粉尘多以及在运行过程中振动大，PLC的防护等级要高，一般达到IP67;
（2）有数字量输入通道和模拟量输入通道。模拟量输入通道用于对电流信号的处理,选用西门子的LOGO230R。
3、松原干式变压器容量的选择
松原干式变压器用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。
（1）松原干式变压器RB的阻值
一般情况下，RB的大小要使电流不超过额定电流的一半为宜，即：
RB≥2UD/IN（1）
UD—的回路电压V;
IN—的额定电流A;
（2）松原干式变压器的功率PB
PB≥UD2/RB（2）
（3）松原干式变压器的选取
根据式（1）和（2），选择的松原干式变压器如下所示：
每台提升、开闭配置RBC-20KW-13.6Ω松原干式变压器和QBU-4055单元。
每台大车配置RBX-10KW-16Ω松原干式变压器和QBU-4045单元。
小车配置RBG-780W-75Ω松原干式变压器，单元已经内置无需外加。
（4）电机的阻值及其容量，也可以选择厂家提供的松原干式变压器的选型。关于松原干式变压器的选型我们可以参考德润松原干式变压器有限公司的松原干式变压器选型表。该选型表对无过载、轻载、重载以及超重载的工况都做了详细的松原干式变压器选取，几乎涵盖了所有能碰到的工况，且该选型经历了众多使用厂家的现场测试，设备选型合理、安全可靠。参照该选型表你可以很直观的选取你需要的产品，你也可以直接联系德润松原干式变压器有限公司本部为你提供解决方案。
四、PLC和组态时要考虑的问题
（1）桥抓司机在卸煤时，为了赶快完成任务，经常利用打反车来对小车和大车实行定位，这种做法会缩短大、小车控制电机的寿命和加大传动机械的磨损。为了杜绝桥抓司机的这种做法，在PLC编程时，在大、小车的操作指令中加入0.2s的延时，这样就可以使打反车不起作用。
（2）抓斗开闭、升降防溜钩。利用本身具有的功能通过合理的设置使其达到抓斗开闭、升降防溜钩的要求。通过设定的输出力矩达到最大输出力矩的20%时，机械抱闸才能打开。
（3）自动追速功能。抓斗在抓取物料后提升时，往往只有开闭钢丝绳受力，容易使其损坏，这是要求提升钢丝绳在最快的时间里与开闭钢丝绳一起受力。为达到这个要求，在PLC程序里设计一段小程序，其原理如图2所示。
当提升电机电流AI1小于开闭电机电流AI2的95%时，模拟量比较模块就发出信号“1”，如果这时提升、闭合信号存在，PLC发出提升750r/min的信号到提升，而开闭得到的信号是700r/min，从而达到追速的作用。当提升与开闭电机的出力平衡时，提升电机的转速就切换回700r/min，与开闭电机的转速一样。
五、结束语
（1）由于用鼠笼电机取代了绕线电机，消除了电刷和滑环经常出的故障。
（2）采用变频调速后，电机可以在基本停住的情况下进行抱闸，闸皮的磨损情况将大为改善。
（3）控制系统的故障率低。原控制系统是由复杂的接触器、继松原干式变压器系统进行控制，故障率高，采用PLC和调速系统后，控制系统简化，可靠性大为提高。
（4）节能效果好。绕线电机在低速运行时，转子回路的外接松原干式变压器消耗大量的电能，采用变频调速系统后，可以节约外接松原干式变压器消耗的大量电能。
（5）调速质量明显提高。采用了变频调速系统后，调速精度可达1%，且调速平稳。
（6）电机的能力明显提高。采用了电气与能耗相结合的方式，既保证了电机短时间内快速减速或停车，又保护了不受再生电能的危害，还保证了电源网络的平稳运行，效果好。
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