ABB 變頻及控制系統(tǒng)在露天礦采礦及物料運輸系統(tǒng)應(yīng)用中有著廣泛的應(yīng)用。不僅是對于新投入使用的設(shè)備，對于一些有著幾十年的老系統(tǒng)來說，通過使用ABB 最新的變頻及控制技術(shù)，也能使其重新煥發(fā)青春，繼續(xù)為業(yè)主服務(wù)。本文以兩個實際的項目案例，介紹ABB 變頻及控制系統(tǒng)在露天礦系統(tǒng)升級改造中的應(yīng)用情況。

35 年高齡吊斗的“第二春”

　　“此次改造的結(jié)果充分顯示了如何使老舊的吊斗鏟繼續(xù)恢復(fù)青春。目前，仍然有 17 臺吊斗鏟在運行和使用中。購買一臺新的類似的吊斗鏟大約需要 3000 萬歐元，而改造的成本僅僅是 400萬歐元。改造這 17 臺吊斗鏟就可以節(jié)約 4 億歐元，這還不包括節(jié)約的能源、維護(hù)和回收的時間”，

　　——愛沙尼亞油頁巖公司 CEOMatiJostov

　　圖1改造后的索斗鏟

　　愛沙尼亞油頁巖公司(Estonian Oil-Shale Company)擁有 4 家采礦場，年產(chǎn)量大約 1500 萬噸油頁巖，是北歐國家中最大，也是最重要的油頁巖礦之一。

　　該用戶所使用的吊斗鏟的整套電氣系統(tǒng)于 1972 年投入使用，改造前已運行 35 年。老的驅(qū)動系統(tǒng)仍然采用基于電機(jī)-發(fā)電機(jī)原理的直流驅(qū)動系統(tǒng)，由一臺 2MVA 6kV 同步電機(jī)連接 3 臺直流發(fā)電機(jī)，為所有驅(qū)動裝置提供直流電源。由于交流鼠籠電機(jī)已經(jīng)被證明是非常可靠的，因此業(yè)主決定使用交流變頻器改造原有的直流系統(tǒng)，并將直流電機(jī)更換為交流異步電動機(jī)。所有驅(qū)動系統(tǒng)分布

　　安裝在兩個具有溫控調(diào)節(jié)的電氣小屋中，包括兩套相同的供電裝置和一些逆變器單元，驅(qū)動 8 臺電機(jī)（圖 2）。

　　圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）顯著增加了拉力和拖曳力，提供了更好的性能和恒功率特性。由于露天礦電網(wǎng)質(zhì)量較差，因此對低諧波（電壓 THD < 5%）和電壓波動的要求就非常高，在這種情況下，ABB 采用了有源前端整流技術(shù)，同時，采用四象限回饋技術(shù)，將下放吊斗及制動時所產(chǎn)生的能量又回饋給電網(wǎng)。所有變頻器及其他裝置均由 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行控制，并集成了 ABB 先進(jìn)的診斷包，觸屏控制系統(tǒng)，從而降低維護(hù)工作量，提高運行效率，降低了宕機(jī)時間。

改造范圍

　　老的直流提升、拖曳和擺幅驅(qū)動裝置，控制系統(tǒng)以及所有電纜均被拆除，替換為鼠籠電機(jī)、DTC 變頻器，以及 PLC 控制系統(tǒng)。并根據(jù)新設(shè)備的尺寸和重量對原有機(jī)械基礎(chǔ)進(jìn)行了適當(dāng)修改，安裝了使用溫度調(diào)節(jié)及凈化設(shè)備的高科技電氣小屋。

　　供貨范圍包括干式變壓器、變頻器、電動機(jī)、低壓柜、中壓開關(guān)柜、控制系統(tǒng)、吊斗鏟遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)、電纜及工程設(shè)計和調(diào)試。

新系統(tǒng)的特點

　　老的直流系統(tǒng)的主要問題之一在于機(jī)器運行過程中會產(chǎn)生很多電氣尖峰，而采用了帶有可靠反饋環(huán)節(jié)的驅(qū)動控制系統(tǒng)之后，新系統(tǒng)能夠提供非常平穩(wěn)的操作（圖 3）。

　　圖 3 使用新的交直交驅(qū)動技術(shù)后的平穩(wěn)運行

　　新系統(tǒng)采用獨立的數(shù)字控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，用于監(jiān)視所有不同的操作周期，包括運行時間、周期和斗數(shù)、行走時間和步數(shù)等，以及電機(jī)的溫度監(jiān)測和冷卻空氣的流量監(jiān)測。新系統(tǒng)也能夠記錄并顯示所消耗和產(chǎn)生的有功功率和無功功率，并根據(jù)時間生產(chǎn)相應(yīng)的報告。所有信息均通過無線系統(tǒng)傳輸至 SCADA 系統(tǒng)，用于進(jìn)行生產(chǎn)率分析，制定維護(hù)或維修計劃，以及數(shù)據(jù)存檔等。

　　經(jīng)過改造后，顯著提升了設(shè)備的可靠性、降低了維護(hù)費用，而且驅(qū)動系統(tǒng)損耗降低，每年可以節(jié)省 1~2 MWh；同時，降低動力荷載，延長齒輪箱和鋼絲繩的壽命周期；每個操作周期可縮短 1～3 s，從而提供 2～4% 的生產(chǎn)率；整臺吊斗鏟的壽命周期可延長 15 年。

　　經(jīng)過改造之后，這些吊斗鏟具有極好的動態(tài)特性和過載特性，準(zhǔn)確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，能夠降低齒輪箱所受的機(jī)械應(yīng)力，延長使用壽命。其平均生產(chǎn)率可提高 10–40%。最重要的是，改造之后的能耗較之前減少 40%。

高效節(jié)能的“代名詞”

　　ABB 為中東地區(qū)最大的鉀堿生產(chǎn)商（Arab 鉀堿有限公司Arab Potash Co., APC）提供了先進(jìn)的控制系統(tǒng) 800xA和豐富的礦物處理行業(yè)經(jīng)驗，幫助其將工廠電氣系統(tǒng)和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)升級到目前最先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)。

　　Arab 鉀堿有限公司（Arab Potash Co., APC）是礦物處理行業(yè)的世界領(lǐng)導(dǎo)者。APC 專注于生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用鉀堿、化學(xué)工業(yè)用的工業(yè)鉀堿、工業(yè)鹽、溴以及礦物質(zhì)肥料。

　　APC 選擇 ABB 的 800xA 擴(kuò)展自動化系統(tǒng)為其在死海地區(qū)的 El-Safi 太陽能蒸發(fā)池系統(tǒng)和位于 Aqaba 倉厙進(jìn)行控制系統(tǒng)的改造和擴(kuò)展。

　　ABB 幫助 APC 公司升級控制、驅(qū)動和儀器儀表系統(tǒng)，使其大大降低工廠停工時間，降低功耗，減少維護(hù)費用。同時，使其工廠設(shè)備利用率、堆取料速度大大提高。

　　圖 4Arab Potash Co. (APC) 位于 Jordan的工廠

　　根據(jù)合同要求，ABB 為綜合棕地項目提供工廠集成自動化解決方案。

　　ABB公司提供800xA 控制系統(tǒng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、堆料機(jī)和取料機(jī)牽引電機(jī)的直流驅(qū)動（圖 5）、堆料機(jī)和取料機(jī)現(xiàn)場傳感器、設(shè)備安裝和調(diào)試、課堂培訓(xùn)及現(xiàn)場培訓(xùn)等設(shè)施和服務(wù)。

　　該套系統(tǒng)有運行最大可利用率和可靠性、延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命、全面的監(jiān)視和報告系統(tǒng)及顯著降低能耗和運營成本等特點。

　　為客戶帶來連續(xù)和長期的技術(shù)支持，有著縮減決策時間、轉(zhuǎn)運過程平穩(wěn)、縮減宕機(jī)時間、根據(jù)生產(chǎn)績效考核系統(tǒng)性能、快速故障診斷和故障排查及更快的堆、取料速度等顯著的運營效益。

　　圖 5 采用新驅(qū)動系統(tǒng)的原料場取料機(jī)