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摘要：原公司#2卸船机由大连起重机器厂设计制造并安装，电气部分由SIEMENS公司设计制造，于1993年投入运行，至今使用20年。整機设备陈旧，维护成本高，故障率居高不下，卸煤效率低，严重影响与制约着公司经济效益，为提高设备运行可靠性、安全性，现对其进行改造。
关键词：交流变频装置 直流调速装置 PLC装置 费用成本 改造
#2卸船机电气设备绝大部分属于80年代末 SIEMENS产品，运行至今从未进行技术改造或升级换代，其电气控制设备早已老化，故障频发；卸船机主机构的直流调速装置（6RA22）和变频调速装置（6SE36）已不生产，备品极难购买，需要厂家特殊生产，成本昂贵；小车拖缆部分线芯已经断裂，380V电压配电、辅机控制抽屉柜设计落后，检修不方便，元件老化，故障率高；小车机器房内接线箱的电缆的敷设没有按照EMC（电磁兼容性）标准敷设，而且没有设置本地I/O，故小车拖令电缆较多，干扰现象很严重；同时由于我公司地处沿海，天气炎热、盐雾腐蚀非常严重，#2卸船机室内外的电气设备如电缆、桥架、盘柜箱外壳、各种元器件、插件、电路板等老化锈蚀较严重。
1、#2卸船机目前存在的问题
1. #2卸船机在1995年曾经出现过多次起升开闭机构直流调速（6RA22）装置柜主回路快速熔断器熔断烧熔爆裂。并发生多组可控硅模块烧坏，电子板损坏，SITOR模板晶闸管多个被击穿，整个变流器安装底板绝缘被损坏。一个月后由西门子公司维修人员带来备品修复。
2.小车拖曳电缆断芯、接地情况严重，多次发生断芯、接地故障，严重影响生产，原使用电缆质量差， 选择CFR船用电缆，抗拉伸性能差， 电缆芯容易发生接地现象，且抗干扰能力差。原系统设计电缆转接环节过多（中间经过两个或三个端子箱）。增加故障点，影响抗干扰能力 。致使整机的运行稳定性差。
3.2006年5月8日在卸煤作业中 #2卸船机起升机构直流调速装置柜传来一声爆炸声， 整机电源丢失，6KV电源开关（1Q11）开关跳闸。起升机构可控硅烧坏，500V动力保险爆裂，部份模板损坏，SITOR模板晶闸管有10个被击穿，整个变流器安装底板绝缘被损坏。无法自己修复，进行外委修理，因为缺少备品，待修28天。
4.#2卸船机在2009年卸煤作业中发生大车变频器（6SE3626）柜故障，经查制动单元硅管烧坏、控制板烧坏， 外加制动单元修复。
5. 起升、开闭机构直流调速装置经常因为干扰、设备元件老化而经常烧整流装置熔断器等。
2、设备改造范围：
范围包括如下内容： 起升、开闭、小车/悬臂直流驱动器及其调速控制系统改造；大车行走变频驱动改造；主司机室行走变频器及联动台、司机室控制柜的更换；更换副司机室内操作台，拆除移至下部电气房；整机PLC系统及程序更新升级； 380V电压配电及辅机控制柜改造；更新CMS监控系统和 辅助系统，更换小车拖曳电缆；新旧系统的对接、调试、人员培训、旧设备的拆除等全过程的全部项目。
2.1 PLC 系统
PLC升级（SIEMENS S5-135U升级为SIEMENS S7-400系统，采用PROFIBUS通讯，整机控制系统采用西门子公司S7-400型PLC， S7-300的I/O模块。远程I/O站的模块为ET200M。重新敷设PROFIBUS电缆，用以提高系统的抗干扰能力。敷设一条从主司机室到上部电气房的移动光缆，司机室的PLC I/O站信号通过光缆输送到上部电气房的主PLC。敷设一条从小车机房到上部电气房的移动光缆，在小车房增设一个PLC I/O站，现场从站采用西门子IP等级高的IP55产品，小车房的所有I/O 信号接入本站，再通过光缆传输到上部电气房主PLC， 这样可以减少拖曳电缆的数量以及提高系统抗干扰能力。在下部电气房增加大车部分一个PLC I/O站，敷设一条从下部电气房到上部电气房的固定光缆，悬臂司机室增加一个PLC I/O站，光纤连接。PLC系统增加全自动/半自动操作和电子防摇功能。 PLC控制柜与远程站间通过PROFIBUS总线发送和接收I/O数据，通过以太网模块、以太网交换机与中控室进行通讯（预留）。PLC控制系统的编程应用软件为STEP-7 V5.3以上版本。整个系统应设计防雷设施（二次防雷）与后备保护。 原整个PLC部分使用的数字输入点有470个、数字输出点有181个、模拟输入输出点各有8个，（未含辅助系统）实现对整个卸船机的控制。新升级的输入、输出模块应不少于10%的备用点。
2.2 主机构驱动系统
抓斗起升、开闭机构采用直流驱动（原机为直流），原6RA22直流驱动系统，改用6R M70系列的直流驱动调速柜， 起升、开闭机构各1套，小车及悬臂机构共用1套，大车机构使用交流变频调速度柜6SE71共2套，及对应机构的控制柜更换，新的控制柜中各有一个I/O子站，收集各机构相关信号，并与主PLC通讯。
2.3大车变频器部分
2.3.1大车变频器和PLC之间采用PROFIBUS 通讯， PLC实时与驱动器的数据进行交换，实现无级调速。大车机构使用交流变频调速度系统6SE71+制动单元+电抗器（原装SIEMENS整机柜），（原大车机构使用交流变频调速装置型号：6SE3626-3DB02-Z Z：D76+K03+K11+K12+K21+K40），正常工作时由两台变频器同时投入运行，当一台变频器故障时，另一台变频器能够做为临时备用进行慢速度运行。
2.3.2变频器具备以下功能： 交流变频装置（逆变器）基于 IGBT 技术， 四象限运行、全数字的控制单元 CUVC，PROFIBUS 通讯，调速范围宽、精度高，系统实现稳定的低速运行，改善定位的准确性，设置转矩及电流调节器，智能化电动机控制，速度无超调，动态速降小，软起动和制动，减小机械冲击，延长传动机构寿命，全数字系统，参数设定灵活方便，保证不会发生漂移。 2.4 380V电压配电辅助控制系统
更换所有电气房的低压配電系统和辅助控制系统，按原系统设备工艺控制要求进行设计，选用进口SIEMENS元件，进线开关选择带保护的空气断路器。电源引入、馈电及控制必须能够进行就地和远方操作，并有状态显示。控制对象分别有：
上部电气室：380V辅助机构进线引入（选用3WL系列断路器，带I 6.0保护装置）；悬臂安全制动器控制；悬臂挂钩控制；小车室风机控制；空调供电馈电；室外照明电源供电控制；电气室照明电源供电控制；小车室照明电源供电控制；机械房照明电源供电控制；司机室照明电源供电控制；机上电源引入及岸边电源引入控制； 应急电源供电；柜加热器供电；控制电压输出；DC24V直流电源控制及输出；维修吊供电；空压机供电；备用供电单元6路；辅助机构联锁、地面联锁控制单元；（增加PLC I/O站，与主PLC进行通信）。
下部电气室：机内皮带控制；接料板控制；挡风门控制；机内皮带移动控制；振动器控制；料斗门控制；大车夹轨器控制；水泵及喷水控制；振动给料器供电；除铁器供电；干油泵供电；电梯供电；下部电气室照明电源供电控制。
2.5 主司机室操作台
更换主司机室操作台及座椅；更换主司机室移动（变频器MM440控制）控制；内含进口ET200M子站和故障显示器MP370T，按新系统进行设计制造，辅助机构的操作在操作台进行操作及状态显示。司机室操作台（不锈钢外壳）及座椅（可旋转）应符合人机工程设计要求。
主司机室后侧增加雷达防撞保护。
2.6 料斗及抓斗秤重系统更换
包括抓斗秤重及料斗秤重系统（保留传感器），选用SIENEMS 秤重系统SIWAREX模块进行配置，直接与S7-400进行通讯， 在CMS系统上位机能够进行动态监视。
2.7 CMS起重机管理系统
在电气房装设CMS管理系统控制柜，安装SIEMENS PC677平板式工控计算机，用以进行运行监控和程序维护，在主司机室装设有上位机MP370T。该系统应采用中文界面显示，可以监视卸船机的运行状态，进行故障诊断，跟踪并管理运行数据。它可以检测、评价和显示各种运行数据，使维修更加方便，应具有高度的实用性。
2.8 更换小车拖曳电缆
小车拖曳电缆（不包括直流电机动力电缆）更换为进口电缆。电缆芯应该留有20%的富余量，取消与小车拖曳电缆连接的小车室、上部电气室中间端子箱，小车拖曳电缆的总长应该满足原设计要求，两年内不能够发现有断芯现象。接线直接由电气柜到前端设备。
2.9 更换臂架司机室
司机室要求：外观采用司机室专利产品样式，外墙板用δ=2不锈钢板制作，内墙皮用δ=4塑铝板制作，内夹层用苯板岩棉保温处理，窗框采用塑钢窗，地面采用优质复合地板，玻璃采用双层中空玻璃，安装雨刷器，门采用防盗保暖门，门锁采用铁路客车门锁，顶棚金属彩板加隔层，防止太阳直射的遮阳罩，内部装饰布局要合理。例如，操作台位置，照明布置，电话桌，空调及电热器位置等。 更换司机室操作台，含一个PLC I/O子站，
2.10 中间转换端子箱
取消原机在上部电气室、大车机构海侧、陆侧、料斗区域以及小车/臂架机构等处安装的中间转换端子箱，要求输出端口到设备尽可能不通过中间转换端子箱进行连接。
3、结束语
自#2卸船机改造完投运至今，运行比较稳定，收到显而易见效果，设备故障率大大降低，保证了卸船机能安全、高效完成卸煤任务，大大节约维护成本，提高了公司经济效益，达到了原来预期目的。■
关键词：交流变频装置 直流调速装置 PLC装置 费用成本 改造
#2卸船机电气设备绝大部分属于80年代末 SIEMENS产品，运行至今从未进行技术改造或升级换代，其电气控制设备早已老化，故障频发；卸船机主机构的直流调速装置（6RA22）和变频调速装置（6SE36）已不生产，备品极难购买，需要厂家特殊生产，成本昂贵；小车拖缆部分线芯已经断裂，380V电压配电、辅机控制抽屉柜设计落后，检修不方便，元件老化，故障率高；小车机器房内接线箱的电缆的敷设没有按照EMC（电磁兼容性）标准敷设，而且没有设置本地I/O，故小车拖令电缆较多，干扰现象很严重；同时由于我公司地处沿海，天气炎热、盐雾腐蚀非常严重，#2卸船机室内外的电气设备如电缆、桥架、盘柜箱外壳、各种元器件、插件、电路板等老化锈蚀较严重。
1、#2卸船机目前存在的问题
1. #2卸船机在1995年曾经出现过多次起升开闭机构直流调速（6RA22）装置柜主回路快速熔断器熔断烧熔爆裂。并发生多组可控硅模块烧坏，电子板损坏，SITOR模板晶闸管多个被击穿，整个变流器安装底板绝缘被损坏。一个月后由西门子公司维修人员带来备品修复。
2.小车拖曳电缆断芯、接地情况严重，多次发生断芯、接地故障，严重影响生产，原使用电缆质量差， 选择CFR船用电缆，抗拉伸性能差， 电缆芯容易发生接地现象，且抗干扰能力差。原系统设计电缆转接环节过多（中间经过两个或三个端子箱）。增加故障点，影响抗干扰能力 。致使整机的运行稳定性差。
3.2006年5月8日在卸煤作业中 #2卸船机起升机构直流调速装置柜传来一声爆炸声， 整机电源丢失，6KV电源开关（1Q11）开关跳闸。起升机构可控硅烧坏，500V动力保险爆裂，部份模板损坏，SITOR模板晶闸管有10个被击穿，整个变流器安装底板绝缘被损坏。无法自己修复，进行外委修理，因为缺少备品，待修28天。
4.#2卸船机在2009年卸煤作业中发生大车变频器（6SE3626）柜故障，经查制动单元硅管烧坏、控制板烧坏， 外加制动单元修复。
5. 起升、开闭机构直流调速装置经常因为干扰、设备元件老化而经常烧整流装置熔断器等。
2、设备改造范围：
范围包括如下内容： 起升、开闭、小车/悬臂直流驱动器及其调速控制系统改造；大车行走变频驱动改造；主司机室行走变频器及联动台、司机室控制柜的更换；更换副司机室内操作台，拆除移至下部电气房；整机PLC系统及程序更新升级； 380V电压配电及辅机控制柜改造；更新CMS监控系统和 辅助系统，更换小车拖曳电缆；新旧系统的对接、调试、人员培训、旧设备的拆除等全过程的全部项目。
2.1 PLC 系统
PLC升级（SIEMENS S5-135U升级为SIEMENS S7-400系统，采用PROFIBUS通讯，整机控制系统采用西门子公司S7-400型PLC， S7-300的I/O模块。远程I/O站的模块为ET200M。重新敷设PROFIBUS电缆，用以提高系统的抗干扰能力。敷设一条从主司机室到上部电气房的移动光缆，司机室的PLC I/O站信号通过光缆输送到上部电气房的主PLC。敷设一条从小车机房到上部电气房的移动光缆，在小车房增设一个PLC I/O站，现场从站采用西门子IP等级高的IP55产品，小车房的所有I/O 信号接入本站，再通过光缆传输到上部电气房主PLC， 这样可以减少拖曳电缆的数量以及提高系统抗干扰能力。在下部电气房增加大车部分一个PLC I/O站，敷设一条从下部电气房到上部电气房的固定光缆，悬臂司机室增加一个PLC I/O站，光纤连接。PLC系统增加全自动/半自动操作和电子防摇功能。 PLC控制柜与远程站间通过PROFIBUS总线发送和接收I/O数据，通过以太网模块、以太网交换机与中控室进行通讯（预留）。PLC控制系统的编程应用软件为STEP-7 V5.3以上版本。整个系统应设计防雷设施（二次防雷）与后备保护。 原整个PLC部分使用的数字输入点有470个、数字输出点有181个、模拟输入输出点各有8个，（未含辅助系统）实现对整个卸船机的控制。新升级的输入、输出模块应不少于10%的备用点。
2.2 主机构驱动系统
抓斗起升、开闭机构采用直流驱动（原机为直流），原6RA22直流驱动系统，改用6R M70系列的直流驱动调速柜， 起升、开闭机构各1套，小车及悬臂机构共用1套，大车机构使用交流变频调速度柜6SE71共2套，及对应机构的控制柜更换，新的控制柜中各有一个I/O子站，收集各机构相关信号，并与主PLC通讯。
2.3大车变频器部分
2.3.1大车变频器和PLC之间采用PROFIBUS 通讯， PLC实时与驱动器的数据进行交换，实现无级调速。大车机构使用交流变频调速度系统6SE71+制动单元+电抗器（原装SIEMENS整机柜），（原大车机构使用交流变频调速装置型号：6SE3626-3DB02-Z Z：D76+K03+K11+K12+K21+K40），正常工作时由两台变频器同时投入运行，当一台变频器故障时，另一台变频器能够做为临时备用进行慢速度运行。
2.3.2变频器具备以下功能： 交流变频装置（逆变器）基于 IGBT 技术， 四象限运行、全数字的控制单元 CUVC，PROFIBUS 通讯，调速范围宽、精度高，系统实现稳定的低速运行，改善定位的准确性，设置转矩及电流调节器，智能化电动机控制，速度无超调，动态速降小，软起动和制动，减小机械冲击，延长传动机构寿命，全数字系统，参数设定灵活方便，保证不会发生漂移。 2.4 380V电压配电辅助控制系统
更换所有电气房的低压配電系统和辅助控制系统，按原系统设备工艺控制要求进行设计，选用进口SIEMENS元件，进线开关选择带保护的空气断路器。电源引入、馈电及控制必须能够进行就地和远方操作，并有状态显示。控制对象分别有：
上部电气室：380V辅助机构进线引入（选用3WL系列断路器，带I 6.0保护装置）；悬臂安全制动器控制；悬臂挂钩控制；小车室风机控制；空调供电馈电；室外照明电源供电控制；电气室照明电源供电控制；小车室照明电源供电控制；机械房照明电源供电控制；司机室照明电源供电控制；机上电源引入及岸边电源引入控制； 应急电源供电；柜加热器供电；控制电压输出；DC24V直流电源控制及输出；维修吊供电；空压机供电；备用供电单元6路；辅助机构联锁、地面联锁控制单元；（增加PLC I/O站，与主PLC进行通信）。
下部电气室：机内皮带控制；接料板控制；挡风门控制；机内皮带移动控制；振动器控制；料斗门控制；大车夹轨器控制；水泵及喷水控制；振动给料器供电；除铁器供电；干油泵供电；电梯供电；下部电气室照明电源供电控制。
2.5 主司机室操作台
更换主司机室操作台及座椅；更换主司机室移动（变频器MM440控制）控制；内含进口ET200M子站和故障显示器MP370T，按新系统进行设计制造，辅助机构的操作在操作台进行操作及状态显示。司机室操作台（不锈钢外壳）及座椅（可旋转）应符合人机工程设计要求。
主司机室后侧增加雷达防撞保护。
2.6 料斗及抓斗秤重系统更换
包括抓斗秤重及料斗秤重系统（保留传感器），选用SIENEMS 秤重系统SIWAREX模块进行配置，直接与S7-400进行通讯， 在CMS系统上位机能够进行动态监视。
2.7 CMS起重机管理系统
在电气房装设CMS管理系统控制柜，安装SIEMENS PC677平板式工控计算机，用以进行运行监控和程序维护，在主司机室装设有上位机MP370T。该系统应采用中文界面显示，可以监视卸船机的运行状态，进行故障诊断，跟踪并管理运行数据。它可以检测、评价和显示各种运行数据，使维修更加方便，应具有高度的实用性。
2.8 更换小车拖曳电缆
小车拖曳电缆（不包括直流电机动力电缆）更换为进口电缆。电缆芯应该留有20%的富余量，取消与小车拖曳电缆连接的小车室、上部电气室中间端子箱，小车拖曳电缆的总长应该满足原设计要求，两年内不能够发现有断芯现象。接线直接由电气柜到前端设备。
2.9 更换臂架司机室
司机室要求：外观采用司机室专利产品样式，外墙板用δ=2不锈钢板制作，内墙皮用δ=4塑铝板制作，内夹层用苯板岩棉保温处理，窗框采用塑钢窗，地面采用优质复合地板，玻璃采用双层中空玻璃，安装雨刷器，门采用防盗保暖门，门锁采用铁路客车门锁，顶棚金属彩板加隔层，防止太阳直射的遮阳罩，内部装饰布局要合理。例如，操作台位置，照明布置，电话桌，空调及电热器位置等。 更换司机室操作台，含一个PLC I/O子站，
2.10 中间转换端子箱
取消原机在上部电气室、大车机构海侧、陆侧、料斗区域以及小车/臂架机构等处安装的中间转换端子箱，要求输出端口到设备尽可能不通过中间转换端子箱进行连接。
3、结束语
自#2卸船机改造完投运至今，运行比较稳定，收到显而易见效果，设备故障率大大降低，保证了卸船机能安全、高效完成卸煤任务，大大节约维护成本，提高了公司经济效益，达到了原来预期目的。■