国能黄骅港务有限责任公司  单保峰

摘 要：生产二部共有移动单机15台。移动单机的运行方式均是采用一台变频器控制一台电机，共两台变频器控制两台电机运行。变频器是一种采用功率元件实现功率输出与驱动的设备，存在一定的使用年限和故障率。无论是变频器作业过程中发生故障导致更换，还是到达使用年限需要更换，都将会造成较长时间的设备停机与生产停滞。为了解决变频器更换导致的长时间停机维修，提出了移动单机变频器双机冗余驱动方案。移动单机变频器双机冗余驱动改造方案成果研究聚焦于冗余系统的成功构建、控制策略优化、性能全面评估及长期维护升级策略。研究确保双机冗余在提升系统可靠性与稳定性方面的有效性，通过精确同步控制与快速切换机制，降低故障停机时间。同时，对系统能效进行深入分析，实现节能降耗。最后，制定详尽的维护计划与升级方案，确保系统长期高效运行，为生产提供坚实保障。

关键词：移动单机； 变频器； 双机冗余驱动

0 概述

生产二部作为公司核心生产部门之一，其高效运作直接关系到整个生产的流畅与产能的稳定。该部门配备了15台关键的移动单机，这些移动单机在生产中扮演着不可或缺的角色。在移动单机电气系统中，变频器作为电力驱动系统中的核心部件，其性能稳定与否直接关乎到移动单机的运行状态。变频器通过集成先进的功率元件，实现电能的高效转换与驱动控制，但长期使用下，不可避免地会面临性能衰减、元件老化甚至故障的问题。一旦变频器发生故障或达到既定的使用年限，需要进行更换或维修，这一过程往往伴随着生产线的长时间停机，对生产计划和产能造成重大影响。

1. 双机冗余驱动先进性

生产二部创新性地提出了移动单机变频器双机冗余驱动方案。该方案的核心在于为每台移动单机的主要驱动系统增设一套备用的变频器与电机控制单元，形成“一主一备”的冗余配置。在正常生产状态下，主变频器负责驱动电机工作，而备用变频器则处于待机状态，随时准备接管工作。一旦主变频器出现故障或需要维护，备用变频器能够迅速自动切换，无缝接管电机控制任务，确保移动单机能够不间断地继续运行。这种设计不仅显著降低了因变频器故障导致的停机时间，还提升了生产线的整体可靠性和稳定性。同时，通过智能监控系统的应用，可以实时检测变频器的运行状态，提前预警潜在故障，进一步保障了生产的安全与连续。

2．详细技术内容

移动单机变频器双机冗余驱动改造方案的技术内容主要涉及系统架构、冗余策略、切换机制、调试维护等方面。

2.1系统架构

硬件配置：采用两台相同型号的变频器，分别作为主变频器和备用变频器，通过电气互锁的输出开关连接到移动单机的驱动电机上。同时，配置必要的光纤通讯设备和监控系统，以确保两台变频器之间的实时通讯和数据同步。

软件配置：在主从变频器中配置相同的控制参数和算法，确保在切换过程中能够无缝衔接。

2.2冗余策略

热备冗余：主变频器在正常工作时，备用变频器保持待机状态，但处于热备状态，即随时可以接管工作。这种策略可以确保在主变频器故障时，备用变频器能够迅速接管，避免系统停机。

2.3切换机制

快速切换：为了确保切换过程的快速性和可靠性，需要设计合理的切换时序和逻辑。在切换过程中，应确保输出开关的电气互锁，防止短路和过载现象的发生。

同步控制：在切换过程中，通过光纤通讯保持两台变频器之间的同步控制，确保切换前后电机的电压、电流和相位等参数保持一致。这有助于提高系统的稳定性和可靠性。设计图纸如图1所示：

图1 热备冗余控制设计图

2.4调试与维护

调试步骤：在改造完成后，需要进行系统的调试工作。首先进行单台变频器的调试，确保其基本功能正常；然后进行双机冗余驱动的调试，验证切换机制的有效性和可靠性。在调试过程中，应密切关注系统的运行状态和参数变化，及时调整和优化控制策略。

维护保养：定期对变频器进行维护保养工作，包括清洁散热器、检查电气连接、更换老化元件等。同时，应建立完善的维护记录档案，记录每次维护保养的日期、内容和结果等信息。改造效果如图2所示：

图2 改造效果图

图3 改造前后效果对比图

3．双机冗余设计分析

3.1创新点或发明点

双机冗余设计：通过两台变频器同时配置，实现一用一备的冗余模式。当主变频器出现故障时，备用变频器能够迅速接管工作，确保移动单机的连续稳定运行。这种设计显著提高了系统的可靠性和稳定性。

快速切换机制：在故障发生时，系统能够在极短的时间内（如150ms内）完成变频器的切换，确保电动机的连续驱动，从而避免了因变频器故障导致的停机时间。

灵活性：双机冗余驱动方案具有较高的灵活性，可以根据实际生产需求进行灵活配置和调整，可以根据移动单机的负载情况和工作环境选择合适的变频器型号和参数。

可扩展性：随着生产规模的扩大和技术的不断进步，该方案可以方便地进行扩展和升级，可以增加更多的变频器以实现更高级别的冗余备份或提高系统的整体性能。                             

3.2与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

移动单机变频器双机冗余驱动改造方案主要涉及到在移动单机的电气控制系统中，采用一用一备的方式驱动关键电机，以实现变频器的冗余备份。当主变频器出现故障时，备用变频器能够迅速接管工作，确保移动单机的连续稳定运行。这种方案在核电、供水、港口等领域已有成功应用案例。

国内技术：近年来，国内在变频器双机冗余驱动技术方面取得了显著进展。多个行业和领域，如核电、供水、港口等，已开始应用此类技术，并取得了一定的实践经验和成功案例。然而，相对于国外，国内在该技术的标准化、模块化以及智能化方面仍有提升空间。

国外技术：国外在变频器双机冗余驱动技术方面起步较早，技术相对成熟。一些国际知名品牌，如西门子、ABB等，已在该领域推出了较为完善的产品和解决方案。这些解决方案在性能、稳定性、易用性等方面均表现出色，并广泛应用于全球各行业。

此次移动单机变频器双机冗余驱动改造方案，在系统架构的设计、冗余策略的制定以及切换机制的优化上，均达到了国内外同类案例的技术水准，不仅在技术方案上展现出高度的成熟性，更在实际应用效果上实现了无缝衔接与高效运行，确保了改造后的系统正常运转，完美契合了行业高标准要求。通过细致入微的技术对比与效果评估，我们的方案在各方面均表现出色，无任何明显短板，充分证明了其在变频器冗余驱动领域的先进性和可靠性。 

3.3推广应用情况

移动单机变频器双机冗余驱动改造方案在技术上得到了广泛的认可。该方案通过采用双机冗余设计，有效提高了系统的可靠性和稳定性，降低了故障率、减少了停机时间，满足了工业生产对设备高可靠性的需求。该方案还有助于降低维修成本、提高生产效率，为企业带来了可观的经济效益。

该方案已应用于移动单机中，并且运转稳定，日后可在其他设备上推广应用，由于现场生产环境复杂、设备工作强度大，对驱动系统的可靠性要求更高，因此该方案的推广应用具有显著的优势。

表1近1-2年直接经济效益（精确到万元）

各栏目的计算依据：生产二部共有15台移动单机，举例堆料机改造后，在作业生产中可节约生产4小时左右，按照2小时1列车4100吨煤的产量，每吨煤15元利润，在变频器突发故障率2年一次与变频器大约6年使用年限进行日常更换的情况下，1台移动单机每年可多创造效益 ：4 / 2 * 4100 * 15 * ( 1 / 2 + 1 / 6 ) * 1= 82000元。15台移动单机可多创造效益 ：82000*15=1230000元。

3.4社会效益和间接经济效益

提高生产安全性：双机冗余驱动系统能够在主变频器故障时迅速切换至备用变频器，确保移动单机的连续稳定运行，从而避免因设备故障导致的生产中断和安全事故，提高了生产作业的安全性。

促进环境保护：通过变频器的精确控制，可以实现电机的节能降耗，减少能源消耗和排放，有助于环境保护和可持续发展。此外，稳定的设备运行也减少了因频繁停机维修而产生的废弃物和噪音污染。

提升行业技术水平：该改造方案的推广应用，促进了移动单机行业技术水平的提升，推动了工业自动化和智能化的发展，为行业内的其他企业提供了可借鉴的技术案例和解决方案。

增强社会信任度：采用先进技术的企业往往能够赢得更高的社会信任度。移动单机变频器双机冗余驱动改造方案的实施，展示了企业对技术创新和产品质量的高度重视，有助于提升企业的社会形象和信誉度。

降低维修成本：由于系统可靠性和稳定性的提升，设备故障率显著降低，从而减少了因设备故障而产生的维修成本。同时，备用变频器的存在也降低了因单台变频器故障导致的停机损失。

提高生产效率：稳定的设备运行和快速的故障恢复能力，确保了移动单机能够持续高效地进行生产作业，提高了生产效率。生产效率的提升意味着在相同时间内能够完成更多的生产任务，为企业带来更多的收益。

增强市场竞争力：采用先进技术的企业往往能够在市场上获得更大的竞争优势。移动单机变频器双机冗余驱动改造方案的实施，提升了企业的技术实力和生产能力，有助于企业在市场上赢得更多的订单和客户信赖，从而增强市场竞争力。

促进产业升级：该改造方案的推广应用，有助于推动移动单机行业的产业升级和转型升级。通过技术创新和改造升级，企业能够不断提升自身的技术水平和生产能力，满足市场对高效、智能、环保设备的需求，推动整个行业的可持续发展。