秦皇岛港取料机限量变频提效研究与应用

李伟

河北港口集团第二港务分公司 河北省秦皇岛市 066000

一、摘要

秦皇岛港的取料机投产运行已有几十年，钢结构存在严重的老化问题，为保护大机的主体钢结构，一旦取料机取料超出额定作业量时，取料机大臂回转停止，形成皮带上物料断流运行，取料作业效率极低。针对上述问题，对原有取料机限量控制方式进行改造，在有效保护钢结构，生产安全为前提的情况下，改变原有取料超限后回转停止的控制方式，提高作业效率，又可以降低能耗，延长设备使用寿命。

关键字：变频、限量、提效

2. 正文

秦皇岛港作为我国北煤南运的主枢纽港，秦皇岛港一直作为中国最大的能源输出港，为北煤南运贡献着巨大的力量^①。其中，旋转臂架式取料机（以下简称取料机）在秦皇岛港煤炭码头占有极大比例，取料机能否高效运行，关乎整个煤炭运输系统的装卸效率，更是当前经济运行态势及节能减排工作的要求。

可煤一期取料机投产运行已有近四十年，长期处于超负荷状态,建于上世纪九十年代的取料机在几十年的使用后钢结构经过多次修修补补，已经经不起之前的高负荷作业^②，为保护大机的主体钢结构，一旦取料机取料超出额定作业量时，取料机大臂回转停止，形成斗轮原地取料、皮带上煤炭断流运行。可是取料机操作人员很难做到较少次数的超量，这就导致超量次数较多，频繁启停取料机的回转系统。这种控制方式可以在一定程度上保护大机的主体钢结构，但取料作业效率较低，造成船舶装载时间长，回转频繁启停，不但能耗过高，又使电机、减速箱的使用寿命降低。

针对上述问题，对原有取料机限量控制方式进行改造，在有效保护钢结构，生产安全为前提的情况下，改变原有取料超限后回转停止的控制方式，当由程序判断出设备超量作业时，对回转进行变频限速控制，这样既能提高作业效率，降低船舶的装载时长，又可以降低能耗，延长设备使用寿命。

使用信号采集装置直接采集斗轮电机的瞬间电量，设定一个值，超过值则为超量信号，将信号输入给PLC，通过修改PLC程序，进行逻辑判断后，输出信号给继电器，再由继电器输出给回转变频器的数字量输入点。当逻辑判断为未超量时，其输出信号经由非减速继电器进入变频器；反之，当逻辑判断为超量时，输出减速信号，减速信号经由减速继电器，最终到达回转变频器，通过设置变频器，进而实现超量后对取料机回转的变频控制。

图 1 硬件图示

其硬件结构如图1所示，PQ26、PQ27为两个输出继电器的辅助触点，分别将减速与非减速信号输出给回转变频器。

其软件设计是将超量信号加入回转控制程序中，采集的斗轮电机电量在程序中经过逻辑控制器，判断输出为减速信号或是非减速信号，进而对变频器进行控制。

煤一期取料机所用的回转变频器型号为汇川CS700-4T37G-HG，其内部有DI1--DI10共十个数字量输入点的功能设置点。其中DI1为原有启动信号，将DI2、DI3设置为新增减速数字量输入点，因此将DI2、DI3分别设置为24（正向减速开关）和25（反向减速开关），表示正向减速与反向减速，停止开关有效后，变频器执行快速停车动作，减速开关有效后，变频器运行的最高输出频率被限制到bF.16（减速开关限制频率）所设定的频率^③。将DI4设置为定位点屏蔽，也就是非减速信号输入点，也就是将DI4设置为26（该功能输入有效则停止和减速开关输入均无效）。

图 2 减速设置示意图

如图2所示，将数字量输入信号设置完成后，对变频器减速和限速进行设置。设置bF.16为10Hz，即取料超量后，变频器最大输出频率为10Hz衡值，为正常取料回转最大速度的1/3，由于对回转变频器的控制有所改变，其停止的减速时间等参数也要相应的进行优化调试。

此项目已经在秦皇岛港煤一期4台取料机上实施，取得的效果良好。

取其中一台取料机为例，煤一期4#取料机改造后6-7月的取料作业真实情况作为基础数据：

改造前A4Q的6月作业效率：966.99吨/时，台时为267.3小时；

改造后A4Q的7月作业效率：1144.48吨/时，台时为217.9小时；

改造后月台时效率提高：（7月台时效率-6月台时效率）/6月台时效=18.35%。

改造后，避免了因原有控制方式导致的生产效率低、频繁启停而损坏设备、浪费电能等诸多问题，保障了安全生产的同时，将效率提高了。

此种方式针对老式的秦皇岛港煤一期取料机，将PLC技术与变频器技术相结合，实现对于限量的减速加速控制，取料机超量后，回转由停止改为限速，既提高作业效率，减少船舶装载时间，又有助于延长电机、减速箱的使用寿命，同时降低能耗。

参考文献：

①世界最大的煤炭输出港和散货港——秦皇岛港 中国水运 2016-01-15

②秦皇岛港翻车机PLC控制系统改造 工程科技Ⅱ辑; 信息科技 王阳冰

③再论变频器的加减速时间与多段速运行 电子报 杨德印 2015-05-17