關(guān)鍵詞：變頻器、可編程序控制器、塔機(jī)管理軟件

摘要：隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)和可編程序控制器在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)有。采用變頻調(diào)速技術(shù)取代老式變阻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)電機(jī)無機(jī)調(diào)速。采用可編程序控制器以程序控制取代交流接觸器控制系統(tǒng)，提高了控制精度和系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的半自動(dòng)化控制。本文主要闡述了采用“變頻器、PLC”改造老式塔機(jī)的方法措施。

        塔機(jī)管理軟件是基于組態(tài)軟件開發(fā)出來的塔機(jī)管理程序。可以不斷升級(jí)。運(yùn)行于Windows XP/Vista系統(tǒng)?？赏瑫r(shí)對(duì)多臺(tái)塔機(jī)進(jìn)行管理。它能設(shè)置和顯示各塔機(jī)運(yùn)行工況并自動(dòng)保存?？梢灾苯釉O(shè)置日期、各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度、升降高度、小車行程、回轉(zhuǎn)角度等參數(shù)。如果塔機(jī)故障，軟件可自行檢測(cè)并顯示故障部位。在設(shè)備管理方面，利用人機(jī)界面，建立塔機(jī)工作“自動(dòng)履歷書”。它可按年、月、日、時(shí)、分、秒自動(dòng)記錄開機(jī)、關(guān)機(jī)、工作狀況等參數(shù)。當(dāng)塔機(jī)硬件安裝完成，在塔機(jī)底部A箱連接電腦（RS-485通訊）啟動(dòng)管理軟件，將運(yùn)行數(shù)據(jù)寫入塔機(jī)控制系統(tǒng)，塔機(jī)便按照新的數(shù)據(jù)運(yùn)行。根據(jù)合同設(shè)定塔機(jī)使用日期，到期后塔機(jī)系統(tǒng)不再啟動(dòng)運(yùn)行。

1、老式塔機(jī)系統(tǒng)分析

        原設(shè)備電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為主卷揚(yáng)機(jī)、回轉(zhuǎn)、大車、小車四部分。主卷揚(yáng)機(jī)由一臺(tái)50KW左右的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、回轉(zhuǎn)和大車均由兩臺(tái)2.2KW異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、小車由一臺(tái)2.2-3KW多級(jí)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在原傳動(dòng)控制中，采用轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式。由于工作環(huán)境差，粉塵和有害氣體對(duì)電機(jī)的集電環(huán)、電刷和交流接觸器腐蝕性大，加上工作任務(wù)重，實(shí)際過載率高。由于沖擊電流偏大，容易造成電動(dòng)機(jī)或觸頭燒壞、電刷冒煙、電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)子所串電阻燒損和斷裂等故障，影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和安全。工人維修量和生產(chǎn)的維修費(fèi)用也很高。并且原調(diào)速方式機(jī)械性能較差，調(diào)速不夠平穩(wěn)，所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱浪費(fèi)能量。綜上所述原設(shè)備存在的主要缺點(diǎn)如下：

（1） 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量大，起動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大。

（2） 主卷揚(yáng)機(jī)、回轉(zhuǎn)、大車、小車起動(dòng)停止速度過快，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊也較大，機(jī)械設(shè)備使用壽命短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性較低。

（3） 由于電動(dòng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次升降的負(fù)載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費(fèi)。

（4） 起重機(jī)每天需要進(jìn)行大量的裝卸工作，由于繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)調(diào)速是通過電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主要元件――交流接觸器來接入和斷開電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的情況下，容易燒壞觸頭。同時(shí)因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的銅電阻因灰塵、設(shè)備震動(dòng)等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設(shè)備故障比較高，維修工作量比較大。同樣回轉(zhuǎn)、大車、小車的運(yùn)轉(zhuǎn)也存在上述問題。

（5） 在起重機(jī)起升的瞬間，升降電機(jī)有時(shí)會(huì)受力不均勻，易過載，直接造成電機(jī)或傳動(dòng)機(jī)械損壞，甚至造成鋼絲繩斷裂。

（6） 為了適應(yīng)起重機(jī)的工況，起重機(jī)的操作人員經(jīng)常性反復(fù)操作，起重機(jī)的電器元件和電動(dòng)機(jī)始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

（7） 起重機(jī)工作的協(xié)調(diào)性主要靠操作人員的熟練程度。由于升降、回轉(zhuǎn)、大車、小車聯(lián)動(dòng)臺(tái)控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機(jī)工作時(shí)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。

2.變頻器調(diào)速技術(shù)和特點(diǎn)

變頻調(diào)速原理

交流電由輸入端子進(jìn)入變頻器后，經(jīng)整流濾波變換成直流電。再通過電子開關(guān)電路轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電，然后濾波輸出供給電動(dòng)機(jī)。

由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(n是電機(jī)轉(zhuǎn)速、f為供電電源頻率、p是電機(jī)的極對(duì)數(shù))可知，改變供電電源頻率即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。達(dá)到調(diào)速目的。

變頻器可以使普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無機(jī)調(diào)速。并具有啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)平滑、對(duì)電機(jī)具有保護(hù)功能，、適應(yīng)電源范圍寬（304－460V），無相序要求。它還具有顯著的節(jié)電效果。

2.2變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

變頻調(diào)速系統(tǒng)是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速，多級(jí)轉(zhuǎn)速切換時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將在加速時(shí)間或減速時(shí)間內(nèi)完成。因此，即使電機(jī)在反向最高速突然切換到正向最高速時(shí)，電機(jī)也會(huì)在減速時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)速降至0，再在加速時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)速慢慢提起。不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)及如何設(shè)備產(chǎn)生沖擊。變頻器的加、減速時(shí)間可以分別在0～66秒任意設(shè)定。

2.2.1變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能強(qiáng)

（1）變頻調(diào)速控制系統(tǒng)以其體積小、通用性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)相應(yīng)快、工作頻率高、保護(hù)性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。

（2）使用變頻器控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，可以進(jìn)行電機(jī)軟啟動(dòng)，而讓電機(jī)具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并且實(shí)現(xiàn)無機(jī)調(diào)速。另外對(duì)電機(jī)的一些參數(shù)做到補(bǔ)償。對(duì)電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時(shí)，很準(zhǔn)確的檢測(cè)，而自動(dòng)采取應(yīng)變措施保護(hù)電機(jī)。

2.2.2工作可靠性顯著提高，主要有一下幾個(gè)方面

（1）電磁制動(dòng)器壽命可大大延長(zhǎng)。原拖動(dòng)系統(tǒng)是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行抱閘的，采用變頻調(diào)速后，是在基本停止后進(jìn)行抱閘。閘皮磨損情況大為改善。

（2）聯(lián)動(dòng)臺(tái)不易損壞。控制信號(hào)電流較大，屬于易損件。采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，聯(lián)動(dòng)臺(tái)屬于小信號(hào)處理（最大電流不超過2A）部分。不易損壞。

（3）控制系統(tǒng)故障率大為下降。原系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的繼電器、交流接觸器系統(tǒng)進(jìn)行控制，故障率較高。采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化，可靠性大為提高。

2.2.3節(jié)能效果十分可觀

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻消耗大量電能。采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，非但外接電阻消耗的電能可以節(jié)約，并且在起重機(jī)放下重物時(shí)還可將重物釋放的位能反饋給電源。

2.2.4調(diào)速質(zhì)量明顯提高

采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，調(diào)速范圍寬（閉環(huán)矢量型；1：1000，矢量型；1：100）、速度控制精度高（閉環(huán)矢量型；0.05％；矢量型；0.5％）并且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行。具有很高的定位精度和運(yùn)行效率。

2.2.5可簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈

由于可以進(jìn)行無機(jī)調(diào)速，從而在機(jī)械上省去了非標(biāo)設(shè)計(jì)的減速箱，使傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。

3、可編程序控制器(PLC)

可編程序控制器（PLC）是在繼電器和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它以微處理器為核心，是把自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)等融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。采用功能強(qiáng)、可靠性高、通用性好、使用方便的可編程序控制器裝置，是電動(dòng)電控的發(fā)展方向，是提高工控系統(tǒng)電氣控制水平的一條新路，更是提高產(chǎn)品質(zhì)量一個(gè)行之有效的方法。

控制程序以階梯圖軟件編寫，在系統(tǒng)中完成塔機(jī)運(yùn)行過程控制。輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，輸入點(diǎn)讀取控制信號(hào)和檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)成閉環(huán)控制。

4、塔機(jī)改造的控制要點(diǎn)

在塔機(jī)控制系統(tǒng)中需要注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制。在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開之后的瞬間，極容易發(fā)生重物由停止?fàn)顟B(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。

防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是：

（1）電磁制動(dòng)器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時(shí)間的，大約0.6秒（視型號(hào)和大小而定）。因而，變頻器如過早的停止輸出，將容易出現(xiàn)溜鉤。

（2）變頻器必須避免在電磁制動(dòng)器抱閘的情況下輸出較高頻率，以免發(fā)生“過流”而跳閘的誤動(dòng)作。

為此，具體控制方法如下：

4.1重物在高空停止的控制過程

（1）設(shè)定一個(gè)“停止起始頻率”FBS，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到FBS時(shí)，變頻器發(fā)出一個(gè)“頻率達(dá)到信號(hào)”控制電磁制動(dòng)器斷電。

（2）設(shè)定一個(gè)FBS頻率的維持時(shí)間TBB，TBB長(zhǎng)短應(yīng)大于電磁制動(dòng)器動(dòng)作過程所需要的時(shí)間；

（3）變頻器將工作頻率下降至“0”。

4.2重物升降過程

（1）設(shè)定一個(gè)“升降起始頻率”FRD，當(dāng)變頻器的工作頻率上升到FRD時(shí)，將暫停上升。為了確保當(dāng)制動(dòng)器松開后，變頻器已經(jīng)能夠控制住重物升降而不會(huì)溜鉤，所以，在變頻器達(dá)到FRD的同時(shí)，變頻器將開始檢測(cè)電流，并設(shè)定檢測(cè)電流所需要的時(shí)間TRC；

（2）當(dāng)變頻器已經(jīng)有足夠大的輸出電流時(shí)，將發(fā)出一個(gè)“松開指令”使電磁制動(dòng)器開始通電；

（3）設(shè)定一個(gè)FRD頻率的維持時(shí)間TRD，TRD的長(zhǎng)短應(yīng)大于電磁制動(dòng)器從通電到松開所需要的時(shí)間；

（4）變頻器工作頻率上升到所需頻率。

4.3變頻器零速全轉(zhuǎn)矩功能和直流制動(dòng)勵(lì)磁功能

（1）0速全轉(zhuǎn)矩功能   變頻器可以在速度為0的狀