岸桥电气控制系统优化升级改造总结

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原有一台桥式抓斗卸船机（额定抓料能力1000吨/小时）于早些年投入使用，其电控系统是由ABB过程自动化公司安装。传动（驱动）部分采用ACS800多传动变频器内置标准固件AMXR7100，控制系统由1个AC80可编程控制器和3个AC70从站组成，其中AC80封装程序主要负责抓斗抓取料及运算控制，AC70负责逻辑控制，站点分布在电气房2个，驾驶室1个。该系统自投产使用以来总体运行情况良好，但在后面的实际使用过程中仍存在以下问题：

1）主要机构起升、开闭和小车电机经常有过温故障，后将起升、开闭、小车电机的冷却方式由自然冷却改为强制风冷，小车和开闭电机的温度在正常范围值之内，起升电机的温度仍然较高，还是出现过温故障。

2）主要控制系统由AC80和AC70组成，AC80控制器安装在变频传动控制柜内，因变频器长时间工作温度过高经常有死机现象发生。

3）应急工作（急停）回路只采用一路进plc通过软件控制，没有硬件回路进行双重保护，曾出现应急切断回路失效PLC超温死机造成安全隐患。

4）起升和开闭机构机械刹车磨损严重，每年平均换两到三次刹车片。

5）小车的加减速时间为6秒，加减速时间过长。整台设备在货物满仓状态下工作循环时间为63秒，卸船抓料效率低。

1、控制系统和通讯系统改造

    改造前控制系统由3个AC70、 1个AC80控制器、本地和远程I/O模块组成，AC80主要负责多传动变频器数据传输与一部分数据计算，AC70处理现场所有限位信号并把处理的结果传输给AC80。通讯系统改造前的情况是控制器之间采用AF100总线通讯，远程I/O站用TB820光纤接口模块连接，上位机监控系统CMS与控制器之间用串口通信，控制器和ACS800传动之间采用Ddcs总线通信方式。

改造后的控制系统：主可编程控制器采用ABB 主流产品AC800M，该控制器CPU具有运行速率高、可靠性好、抗干扰性强等特点。CPU模块自带FLASH卡槽用以保存应用程序极大地减小意外丢失程序的概率。保留原来的本地和远程I/O模块，IO模块和主PLC的通讯模块相应更换为TB810/TB820，通过Profibus总线以光纤形式通讯。控制系统程序软件和逻辑功能重新优化设计，合理优化了抓斗在抓取料时起升和开闭的力矩分配，合理优化小车在作业时行进轨迹，提高抓取料效率。AC800M作为整个系统的控制器 ，增加Cabin view(驾驶室室)功能和GPO(grab performance optimization)功能，优化抓斗抓取和返程抛物线路径。CMS的硬件保留，监控软件升级为起重机专用监控软件。

改造后的通信系统：AC800M控制器和ACS800传动之间仍采用DDCS总线通信方式，上位机监控系统CMS和A800M之间采用Ethernet通信方式提高通信速率。远程I/O站采用PROFIBUS总线通信，即通过PROFIBUS DP通讯模块，光纤通信电缆和分配单元来实现。改造后控制和通信系统结构图如图1所示。

2、急停回路改造

原系统的紧急停车命令由驾驶室、大车陆海侧、物料室、俯仰站、电气房和机械房的急停信号串联接到控制器的I/O模块。当紧急停车命令发出后，先经控制器处理后再由I/O模块发出急停信号给传动系统。这样急停回路控制方式弊端是，当控制器或I/O模块出现死机现象时，即便给出急停命令也无法及时停机存在一定安全隐患。原系统的急停控制回路原理图如图2所示。

此次改造将所有紧停回路和安全极限限位均采用硬件、软件双重保护，一路硬线直接进传动单元的跳闸回路及控制回路，另一路进PLC通过软件控制紧停回路，当急停动作发生时硬件软件回路同时工作，切断传动主接触器及整机控制回路主接触器（包括制动器控制回路），同时CMS监控系统将实时故障显示出来。

起升、开闭和小车电机长期连续工作的情况下，温升都在允许的范围内。小车作业的加减速时间控制在4秒。由于加减速时间的缩短，起升与开闭机构力矩分配合理，整个作业过程比原系统工作状态流畅，反复测量过后来设备在货物满仓状态下单次工作循环时间最多为49秒，且卸船效率为1191吨/时（6万吨级半仓一小时效率），连续长时间带负荷作业没有出现起升开闭小车电机或驱动单位报警和故障。

来源：西门子工业技术论坛