1、引言
目前，我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程，到處都有塔機的應用。計算機輔助設計、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機上得到了應用。其中起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、小車變幅機構(gòu)的控制發(fā)展趨勢是采用變頻器控制。回轉(zhuǎn)機構(gòu)的特點是具有較大的慣性沖擊，起動過快，沖擊大。而停車和打反轉(zhuǎn)都不允許過快過急，否則不僅運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，還會損壞機構(gòu)。更好的解決辦法是采用回轉(zhuǎn)專用減速機，同時采用變頻調(diào)速使起、制動最平穩(wěn)。另外，采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡單，控制系統(tǒng)具有多重保護功能，使系統(tǒng)更加安全可靠。
2、塔吊回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作原理
塔吊是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保證其工作覆蓋面的，回轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上，并由回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動小齒輪，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運動。大齒圈需要二至四個小齒輪驅(qū)動，小齒輪均勻分布于大齒圈四周，如圖1。
塔機回轉(zhuǎn)慣性很大，回轉(zhuǎn)起、制動時往往會有慣性沖擊。為保證回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作特性要軟，回轉(zhuǎn)加減速度一定要小，并要求驅(qū)動小齒輪的電動機之間保持同步。
3、回轉(zhuǎn)同步控制原理
為實現(xiàn)驅(qū)動小齒輪的電動機之間保持同步，采用具有同步控制應用宏的Vacon變頻器。Vacon變頻器具有可編程功能，有專用于起重機的起升應用宏和回轉(zhuǎn)主從同步控制應用宏，且控制性能優(yōu)良。
Vacon變頻器主從同步控制應用宏是為采用Vacon NXP系列變頻器，且電機軸之間由齒輪、鏈條、皮帶等連接的應用系統(tǒng)而設計的。
外部控制信號只提供給主變頻器，主變頻器經(jīng)過系統(tǒng)總線控制從變頻器。主變頻器采用典型的速度控制，其他的從變頻器采用轉(zhuǎn)矩或速度參考值控制。
從變頻器轉(zhuǎn)矩參考值控制用于當主變頻器與從變頻器軸之間為剛性連接，如齒輪、鏈條連接時，保證驅(qū)動之間沒有速度差別。從變頻器速度參考值控制用于當主變頻器與從變頻器軸之間柔性連接時，盡量減小驅(qū)動之間的速度差。
主從變頻器通過相應擴展卡連接，擴展卡之間通過光纜實現(xiàn)通訊(如圖2)。變頻器在這種連接方式下，最左邊的為主變頻器，其他的為從變頻器。在主變頻器上的擴展卡采用默認的跳線選擇。在從變頻器上的擴展卡的跳線選擇則有必要進行相應修改。每臺變頻器驅(qū)動各自電機，通過主從控制功能實現(xiàn)同步控制。
圖2 通過擴展卡實現(xiàn)的主從變頻器系統(tǒng)總線連接
3.1主從同步控制參數(shù)設計
主從同步控制參數(shù)組具備主從系統(tǒng)功能，主從參數(shù)通訊中沒有經(jīng)過系統(tǒng)總線由從機反饋給主機的信號，推薦把從機的故障輸出信號連接到主機外部故障輸入端。系統(tǒng)總線通訊中丟失從機將觸發(fā)#81系統(tǒng)總線錯誤，如果主機報警，從機將報#80錯誤。參數(shù)敘述如下：
[1]主從選擇:此參數(shù)定義了主從連接的驅(qū)動關(guān)系。主機次參數(shù)設定為Master，主機將通過光纖通道傳輸主從控制字，速度參考值，轉(zhuǎn)矩參考值等。從機次參數(shù)設定為Follower，同時把控制位置參數(shù)設定為Systembus。
[2] 本機系統(tǒng)總線ID號：用于系統(tǒng)總線驅(qū)動。0~63每臺驅(qū)動器都有唯一的本機系統(tǒng)總線ID號。
[3]從機系統(tǒng)總線ID號：主從通訊中的下一臺驅(qū)動器。
[4]系統(tǒng)總線通訊速度：設置系統(tǒng)總線通訊速度。
[5]轉(zhuǎn)矩模式選擇：主機是典型的速度控制。參數(shù)可選如下：
0=不用
1=速度控制：當主從電機軸是柔性連接時，主機從機均可設置成此參數(shù)，以便允許主機和從機的速度有一些差別。
2=轉(zhuǎn)矩控制：當主從電機軸是剛性連接時(用齒輪或鏈條)，此參數(shù)用于從機選擇，以便主機與從機之間沒有速度差別。
3=轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出兩者之間的較小值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中的較小值作為電動機轉(zhuǎn)矩參考值。只在特殊情況使用?！?/div>
4=轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出兩者之間的最大值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中的較大值作為電動機轉(zhuǎn)矩參考值。只在特殊情況使用。
[6]轉(zhuǎn)矩標定:對應于電機額定轉(zhuǎn)矩。默認值1000。此參數(shù)為轉(zhuǎn)矩參考值的標定因子。選擇1000對應于額定轉(zhuǎn)矩參考值。
[7]負載分配比例：負載分配轉(zhuǎn)矩參考值的百分數(shù)。
[8]從機轉(zhuǎn)矩參考值來源。
[9]從機速度參考值來源。
3.2 實驗調(diào)試結(jié)果分析
此控制系統(tǒng)應用在沈陽建筑機械廠K520塔吊上，回轉(zhuǎn)控制圖中的4四個小齒輪分別用4臺11kW電動機驅(qū)動，4臺電動機分別由4臺Vacon變頻器驅(qū)動，構(gòu)成主從控制，變頻器1為主控制器并設定為速度控制，其他3臺變頻器為從控制器并設定為轉(zhuǎn)矩控制。工作中4臺電機的轉(zhuǎn)矩基本相等，回轉(zhuǎn)起、停控制平穩(wěn)，控制效果達到要求，用戶滿意。
4、結(jié)論
應用變頻器的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：回轉(zhuǎn)起、?？刂破椒€(wěn)，采用Vacon變頻器的開放式編程平臺開發(fā)的主從同步控制應用宏，使控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制特性。系統(tǒng)運行安全，性能可靠，電動機發(fā)生過載、過壓、過流時，變頻器會及時給出報警，停止系統(tǒng)工作。高效節(jié)能，在變頻器控制下，電動機大部分時間無需達到額定轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。采用變頻器控制塔吊的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)越，具有很好的推廣價值。