張小良,張自麟,葛永紅

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224; 2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦材料設(shè)備部,江西貴溪 335424)

2300XP電鏟電控系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化改造

張小良1,張自麟1,葛永紅2

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224; 2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦材料設(shè)備部,江西貴溪 335424)

本文針對(duì)2300XP電鏟電控系統(tǒng)原設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析,闡述了德興銅礦電鏟國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化電控系統(tǒng)成功改造的實(shí)例及引發(fā)的思考。

2300XP電鏟;電控系統(tǒng);國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化改造;思考

1 引言

2300XP型挖掘機(jī)(以下簡(jiǎn)稱電鏟)是江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦的核心采礦設(shè)備,在上世紀(jì)八十年代末從美國(guó)P&H公司引進(jìn),價(jià)格昂貴,鏟斗容積為16.8m3。電鏟動(dòng)力來源為電力,通過電鏟上電氣傳動(dòng)系統(tǒng)完成電鏟的行走、提升、回轉(zhuǎn)和推壓作業(yè),整個(gè)電鏟供電容量大于1.5MVA,單臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)最大直流工作電流達(dá)1800A。電鏟工作環(huán)境惡劣,振動(dòng)和粉塵大,對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求很高;受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制,該型號(hào)電鏟在設(shè)計(jì)上存在許多不完善的地方,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,暴露出的技術(shù)問題愈發(fā)凸顯。本文針對(duì)原設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析,闡述了采用全數(shù)字控制進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造的方案和實(shí)際應(yīng)用效果以及帶來的意義。

2 原電控系統(tǒng)的組成及不足

2.1 原電控系統(tǒng)組成

電鏟電氣及控制系統(tǒng)從功能模塊分類,可以分為電氣配電系統(tǒng)、直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、諧波抑制及無功補(bǔ)償系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)及人機(jī)接口系統(tǒng)六個(gè)部分,其功能關(guān)系如圖1所示。

圖1 2300XP型電鏟電氣控制系統(tǒng)示意框圖

2.2 系統(tǒng)存在的問題

(1)可靠性差。電鏟原系統(tǒng)采用模擬器件構(gòu)成,插接板的數(shù)量多達(dá)40塊,插接板與插接板之間、插接板與外部的接線復(fù)雜,抗干擾能力差;而且模擬器件參數(shù)漂移,易導(dǎo)致插接板失效或誤動(dòng)作,以上都將會(huì)降低電控系統(tǒng)的可靠性。特別是電鏟處于振動(dòng)和粉塵大的環(huán)境工作,在投入使用了較長(zhǎng)時(shí)間以后,電氣系統(tǒng)故障率增高,嚴(yán)重影響電鏟的使用效率。

(2)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。電鏟原系統(tǒng)的邏輯控制功能,包括工作模式轉(zhuǎn)換、不同調(diào)速機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)控制以及故障停機(jī)等順序控制功能完全由分立的繼電器搭成,對(duì)應(yīng)執(zhí)行部件位于主控柜的后部,控制線路煩瑣,整定復(fù)雜,邏輯控制功能少,保護(hù)功能單一。當(dāng)存在故障時(shí),僅從人機(jī)界面指示燈很難快速查找到故障點(diǎn),排查故障難度大。

(3)維修成本高。系統(tǒng)可靠性低,故障率高,排查故障難度大,系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)一直采用國(guó)外的備件,備件供應(yīng)周期長(zhǎng)且價(jià)格昂貴,增加了儲(chǔ)備資金占用和設(shè)備的運(yùn)行成本。

3 系統(tǒng)改造實(shí)踐

3.1 改造方案設(shè)想

基于以上分析,2300XP型電鏟原電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求已難以滿足德興銅礦生產(chǎn)的需要。如何提高電氣控制系統(tǒng)的可靠性,降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用,提高電鏟的使用效率,尋求一種安全連續(xù)、穩(wěn)定可靠的電氣控制系統(tǒng)成了當(dāng)務(wù)之急。

數(shù)字化控制系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的集散系統(tǒng),元器件集成度高,數(shù)字調(diào)速故障率低,光纖通信簡(jiǎn)潔。美國(guó)PH公司為代表的大型采掘設(shè)備生產(chǎn)商在斗容量20立以上的大型挖掘機(jī)上最先采用了全數(shù)字可控硅直流供電調(diào)速系統(tǒng)[1]。2008年,經(jīng)江銅集團(tuán)德興銅礦、材料設(shè)備公司、科研院所經(jīng)過反復(fù)的技術(shù)研討,并征得股份公司生產(chǎn)和計(jì)劃部門的同意,確定了在8#電鏟采用數(shù)字化控制系統(tǒng)改造電鏟原模擬控制系統(tǒng)的方案。

3.2 改造方案內(nèi)容

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn),PLC技術(shù)為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用[2]。因此,改造方案采用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng),無功補(bǔ)償及系統(tǒng)邏輯控制采用PLC集成控制,電氣柜之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)連接來提高信號(hào)傳輸可靠性,加裝人機(jī)界面綜合顯示計(jì)算機(jī),增加系統(tǒng)故障在線監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能。

與原電控系統(tǒng)相比,改造方案進(jìn)行了以下設(shè)計(jì): (1)仍然采用直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng),保留原主功率配電部分,修改輔助配電部分;

(2)更換變流柜功率組件、觸發(fā)組件,開發(fā)對(duì)應(yīng)的國(guó)產(chǎn)化專用組件;

(3)重新設(shè)計(jì)RPC柜觸發(fā)組件,替換原有觸發(fā)組件;

(4)重新設(shè)計(jì)調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng),電樞控制和勵(lì)磁控制采用數(shù)字化控制器替換原有模擬控制線路,核心控制器采用西門子6RA70系列控器,對(duì)外圍接口進(jìn)行修改開發(fā);

(5)重新設(shè)計(jì)RPC柜TSC投切控制線路,自行研制數(shù)字化投切同步及脈沖觸發(fā)電路;

(6)增加RPC柜數(shù)字化遠(yuǎn)程控制箱,增加輔助柜數(shù)字化遠(yuǎn)程控制箱,增加駕駛室數(shù)字化遠(yuǎn)程控制箱;

(7)增加駕駛室系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)綜合顯示電腦;

(8)整體去掉原主控柜,重新設(shè)計(jì)主控柜,包含系統(tǒng)控制PLC、數(shù)字化調(diào)速控制器、觸摸屏上位調(diào)試電腦、系統(tǒng)控制電源綜合管理(包括UPS掉電保護(hù))、不同電氣柜的現(xiàn)場(chǎng)總線通信以及到駕駛室的以太網(wǎng)通信控制。

3.3 改造后電氣系統(tǒng)組成

包括研制替換或新增的部件,以及原有保留的主要電氣部件,有以下幾部分:

(1)高壓開關(guān)柜;

(2)主變壓器;

(3)抑制柜;

(4)RPC柜(諧波抑制與無功補(bǔ)償柜);

(5)RPC柜遠(yuǎn)程控制箱;

(6)晶閘管變流柜;

(7)主回路切換柜;

(8)七臺(tái)挖掘直流電動(dòng)機(jī);

(9)主控柜;

(10)輔助變壓器;

(11)輔助風(fēng)機(jī)、開斗電機(jī)、空氣壓縮機(jī)(簡(jiǎn)稱空壓機(jī));

(12)輔助柜;

(13)潤(rùn)滑柜;

(14)駕駛室控制臺(tái)(含駕駛室遠(yuǎn)程控制箱、駕駛室觸摸屏)。

其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示,其中深色部分為新方案中新增或替換原有設(shè)備而重新設(shè)計(jì)的設(shè)備。

圖2 改造后電鏟電氣控制系統(tǒng)組成框圖

3.4 改造后電氣系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

(1)改造后的系統(tǒng)改用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng),系統(tǒng)邏輯控制采用PLC集成控制,使得電流、轉(zhuǎn)速控制更準(zhǔn)確、更靈活[3],滿足設(shè)備控制要求,特性優(yōu)于原控制系統(tǒng);

(2)替換了無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)檢測(cè)單元及RPC柜的投切單元,提高了無功功率補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性,同時(shí)采用循環(huán)投切方式,延長(zhǎng)了使用壽命;

(3)采用PLC集成控制后,電氣柜之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)進(jìn)行通信和少量的線路進(jìn)行信號(hào)傳輸,簡(jiǎn)化了線路,提高了信號(hào)傳輸可靠性;

(4)改造后的系統(tǒng)加裝了友好的中文人機(jī)界面,不僅能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,還可根據(jù)報(bào)警消息進(jìn)行快速診斷,幫助維護(hù)人員排除故障、提高維修效率。

(5)新系統(tǒng)去掉了價(jià)格昂貴的模擬電路板,分流保護(hù)板、壓差保護(hù)板、晶閘管組件、阻容吸收電路等備件實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,變流柜內(nèi)功率組件型號(hào)普遍通用,減少了部件種類,降低了備件庫(kù)存。

4 改造后運(yùn)行效果

2009年3 月研制出的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化控制系統(tǒng)首先應(yīng)用于德興銅礦8#2300XP電鏟,連續(xù)一年多的穩(wěn)定運(yùn)行標(biāo)志著電鏟電控系統(tǒng)改造取得圓滿成功。改造后的電氣系統(tǒng)解決了原系統(tǒng)存在的問題,完全實(shí)現(xiàn)了電鏟的行走、提升、回轉(zhuǎn)和推壓功能;并從根本上提高了電鏟的可靠性、可操作性和可維護(hù)性,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造,有效降低了備件采購(gòu)成本和設(shè)備維護(hù)成本。改造后的電氣系統(tǒng)總體性能已經(jīng)達(dá)到國(guó)外新一代型號(hào)2300XPA型電鏟的水平,代表著國(guó)內(nèi)同行業(yè)自控領(lǐng)域領(lǐng)先水平,該系統(tǒng)的成功應(yīng)用,將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

引進(jìn)設(shè)備的許多關(guān)鍵備件制造難、購(gòu)買難。

5 引發(fā)的思考

德興銅礦是公司主干礦山,大多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備是從國(guó)外引進(jìn)的,這些進(jìn)口設(shè)備在礦山生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用,同樣為確保礦山進(jìn)口設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,需要花費(fèi)大量的外匯去購(gòu)買進(jìn)口備件。引進(jìn)設(shè)備的許多關(guān)鍵備件制造難、購(gòu)買難[4],進(jìn)口備件價(jià)格高且漲幅大,備件供應(yīng)周期長(zhǎng)且不穩(wěn)定,存在備件供應(yīng)難度大,采購(gòu)成本高,儲(chǔ)備資金占用大等不利因素。因此,如何盡快消化和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù),實(shí)施進(jìn)口設(shè)備備件國(guó)產(chǎn)化,有效降低設(shè)備運(yùn)行成本,一直是德興銅礦設(shè)備管理工作的一個(gè)重要課題。

近幾年,公司大力推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化工作,積極倡導(dǎo)觀念的轉(zhuǎn)變,這是國(guó)內(nèi)民族工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),也是礦山自主創(chuàng)新、有效降低采購(gòu)成本、提高采購(gòu)效率、保障供應(yīng)和正常生產(chǎn)的迫切需要。8#2300XP電鏟電控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化改造的成功運(yùn)用,正是德興銅礦積極穩(wěn)妥推進(jìn)設(shè)備備件國(guó)產(chǎn)化工作的一個(gè)縮影。隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)裝備水平和研發(fā)能力的不斷提高,必將會(huì)給礦山進(jìn)一步推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化工作帶來更多的契機(jī),江銅的備件國(guó)產(chǎn)化工作也將會(huì)取得新的更大成績(jī)。

REFERENCES

[1] 高良廣.露天采掘設(shè)備電控系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì).遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào),2007,(2).

[2] 鄒丹丹.淺析PLC的應(yīng)用與發(fā)展.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,(14).

[3] 范建忠,劉愛琴,吳延偉.PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景.科技資訊,2009,(32).

[4] 梁志華.進(jìn)口設(shè)備維修與備件國(guó)產(chǎn)化的實(shí)踐.中國(guó)設(shè)備工程, 2005,(05).

Alteration of 2300XP Electric Shovel Control System Domestic D igitalization

ZHANG Xiao-liang1,ZHANG Zhi-lin1,GE Yong-hong2
(1.Dexing CopperMine of JCC,Dexing,Jiangxi,334224; 2.Materials&EquipmentDept.,ofDexing CopperMine of JCC,Guixi,Jiangxi,335424)

Some problems existed in electrical control system of 2300XP electric shovel design is introduced,and the successful alteration example of electric shovel control system domestic digitalization and correlative consideration are stated in this article.

2300XP electric shovel;electric control system;alteration of domestic digitalization;consideration

T M921

:B

:1009-3842(2010)03-0082-03

2010-07-12

張小良(1974-),男,漢族,江西上饒人,機(jī)械工程師,研究方向?yàn)樵O(shè)備管理工作,E-mail:zxl1992@vip.sina.com