當(dāng)前起重機控制的現(xiàn)狀及存在的問題

     1、目前起重機控制的現(xiàn)狀據(jù)有關(guān)報道，國外發(fā)達國家的起重機，很多都采用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制。即使在發(fā)展中國家的比例也比較高。我國雖然近幾年對傳統(tǒng)的起重機控制系統(tǒng)進行了一些變頻調(diào)速系統(tǒng)改造，并且很多起重機生產(chǎn)廠家開始采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，但絕大部分用戶仍然使用傳統(tǒng)的“繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)”方式（以下簡稱傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)）。2、傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)存在的問題2.1傳動性能差傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)，雖然轉(zhuǎn)子串接電阻實現(xiàn)了調(diào)速功能（也是有級的），但因為不能改變同步轉(zhuǎn)速，致使傳動系統(tǒng)機械特性很軟，從而使速度的穩(wěn)定性和調(diào)速精度很差。而且大車通常有兩臺或四臺甚至多臺電動機驅(qū)動，更由于負載的變化、軌道的平整度、電動機參數(shù)的分散性等導(dǎo)致大梁扭動和行車上的電控設(shè)備的震動大，不但惡化了操作人員的工作環(huán)境容易疲勞導(dǎo)致操作失誤，也降低了整個設(shè)備的使用壽命、穩(wěn)定性、可靠性。2.2可靠性差◆接觸器頻繁分、合，尤其操作人員頻繁靠反接制動來穩(wěn)鉤（接觸器在大電流情況下頻繁分、合），經(jīng)常造成接觸器觸點的燒結(jié)和電阻燒毀?！舯Ｗo措施不完善，易發(fā)生電動機燒毀的現(xiàn)象。◆制動閘皮承受比較大的沖擊，磨損嚴重，需要經(jīng)常檢修、更換。◆起重機的使用環(huán)境一般比較惡劣，并且繞線式電動機本身具有電刷、滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)，需要經(jīng)常進行維護、維修。2.3增加能耗起重機經(jīng)常在低速狀態(tài)下運行，大量的轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子串接的電阻上（一般情況下可占總能耗的20%以上），從節(jié)能和經(jīng)濟兩方面來講，都不可取。2.4增加了使用維修成本設(shè)備使用壽命的縮短，以及可靠性差造成的停機，不但增加了維護工作量，而且導(dǎo)致設(shè)備使用成本的增加。2.5危險性也比較高。起重機屬于位能性負載，對安全性要求很高。上述所有問題，都是采用繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)原理本身引起的。最終表現(xiàn)為設(shè)備的生產(chǎn)率受到限制（經(jīng)常出故障處于停機、維修狀態(tài)）、維護工作量大、使用維修成本上升。二、變頻調(diào)速系統(tǒng)改造下面以我公司為某廠起重機變頻系統(tǒng)改造為例，介紹變頻器在起重機行業(yè)的應(yīng)用。1、設(shè)備改造總體要求■改造范圍現(xiàn)有電控柜全部拆除，采用新控制柜；聯(lián)動操作臺更換；有電纜更換；配電屏更換；現(xiàn)場燈光、開車警示、上下車聯(lián)絡(luò)回路等保持不變；現(xiàn)場各檢測開關(guān)如大車左右極限、小車前后極限、主、副起升機構(gòu)的限位全部保留。■改造要求盡量保留現(xiàn)有操作方式，以利操作人員操作；各機構(gòu)改造后，仍為四檔速度，各檔級速度可以根據(jù)需要無級調(diào)整；采用PLC和工業(yè)控制現(xiàn)場總線，減少接線和故障率；生產(chǎn)力不得降低；主副起升機構(gòu)沒有溜鉤現(xiàn)象；系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有抗震動和電網(wǎng)電壓波動能力；完善的保護功能；詳細工作狀態(tài)和故障信號顯示，便于操作人員監(jiān)視、操控和維護人員維護；利用設(shè)備大修時間完成原設(shè)備的拆除和新設(shè)備的安裝、調(diào)試。2、改造方案參見以下“主回路方案圖”和“控制方案圖”。3、控制原理3.1主回路全部采用ABB公司生產(chǎn)的ACS600系列變頻器（起升機構(gòu)采用ACC600提升專用變頻器）。ABB變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式。這種控制方式采用實時計算的電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速構(gòu)成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)，其動、靜態(tài)精度高（控制精度優(yōu)于正負5%）；在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)方面，比非DTC控制方式變頻器快許多（轉(zhuǎn)矩響應(yīng)響應(yīng)時間≤5ms），并克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩開環(huán)變頻器低速段輸出轉(zhuǎn)矩不足的問題，其零速轉(zhuǎn)矩可達200%。這些特點充分保證了位能性負載的要求。ACC600提升專用變頻器除具有ACS600系列變頻器所有特點外，內(nèi)置了提升專用軟件（相應(yīng)配備了各種接口可選，比如本地控制、總線控制、端子控制。其中端子控制又分為電動電位器控制、無線電控制、手柄控制等多種控制模式），它還具有多種專用功能：予勵磁、轉(zhuǎn)矩驗證、功優(yōu)化、閘控邏輯等特殊功能，簡化了系統(tǒng)外圍結(jié)構(gòu)，使整個系統(tǒng)簡單清晰，安全性和可靠性也大為提高。對于多臺電機同時驅(qū)動起升機構(gòu)的起重機，則可以采用多臺變頻器，利用內(nèi)置的主從提升功能實現(xiàn)。如果采用通用變頻器，上述的專用功能必須由控制系統(tǒng)完成，就使整個系統(tǒng)復(fù)雜化，而且降低穩(wěn)定性、可靠性。具體配置如下：■大車行走機構(gòu)采用兩臺變頻器，分別驅(qū)動一臺電動機。其中一臺為主機，另一臺為從機。利用主從應(yīng)用軟件，保證兩臺電動機的速度同步和負荷平衡，防止大梁扭動和啃軌?！鲂≤嚈C構(gòu)變頻器采用一臺變頻器?！鲋髌鹕龣C構(gòu)和副起升機構(gòu)，分別采用一臺提升專用變頻器（ACC變頻器）。分別采用一臺光電編碼器，做速度反饋和控制檢測用?！鏊凶冾l器，采用斬波器加制動電阻實現(xiàn)制動功能。■所有變頻器配有各類標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線接口。3.2控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制器件，采用工業(yè)控制現(xiàn)場總線，將PLC、遠程I/O、各機構(gòu)變頻器、觸摸屏聯(lián)結(jié)起來，減少電纜投資，減少接線和維護工作量，減少故障點。　■遠程I/O和觸摸屏安裝于司機室。接受操作人員的指令，顯示系統(tǒng)各種工況信息，以利于操作人員監(jiān)視、操作和方便維護人員故障診斷與維修。■PLC安裝于控制柜內(nèi)。接收現(xiàn)場檢測器件的狀態(tài)信息、變頻器等狀態(tài)信息，控制系統(tǒng)運行。■PLC控制柜、變頻控制柜，以及電阻制動柜安放在大梁上。4、應(yīng)當(dāng)注意的問題4.1環(huán)境條件起重機的工作環(huán)境一般都比較差：導(dǎo)電粉塵、水濺、腐蝕性氣體、環(huán)境溫度高，有些情況海拔高度高等。無論是PLC、還是變頻器，都受環(huán)境溫度和海拔高度的影響比較大。因此必須嚴格按照相關(guān)使用條件使用，且考慮柜體的防護等級和通風(fēng)散熱方式。4.2旋轉(zhuǎn)編碼器建議起升機構(gòu)使用旋轉(zhuǎn)編碼器。一是作速度反饋用；二是作檢測控制用。很多用戶認為變頻器的調(diào)速精度高，以起重機對速度的精度要求不高為由，為節(jié)省費用、減小維護工作量往往不使用旋轉(zhuǎn)編碼器。這是認識上的誤區(qū)。實際上，編碼器是用來提高低速情況下電動機模型的速度和轉(zhuǎn)矩計算精度，保證轉(zhuǎn)矩驗證、開閉閘等功能，進而保證系統(tǒng)安全和防止溜鉤。4.3抗干擾措施變頻器的使用，不可避免的會帶來一些干擾。因此必須采取一些合理的抗干擾措施，比如PLC和變頻器的安裝、電纜走線，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的EMC兼容性。5、系統(tǒng)改造后的效果根據(jù)改造后設(shè)備的運行情況以及用戶的反饋信息，有以下幾個特點：5.1系統(tǒng)啟、制動快速（相對于非DTC控制模式的變頻器）而且啟動過程平穩(wěn)（可以明顯感覺到）。5.2故障率大為降低，維護工作量大為減少。用戶反映：多年以來，運行穩(wěn)定、可靠；操作簡單靈活；生產(chǎn)率比以前大為提高。5.3安全性明顯提高。有一次維護人員錯誤短接了起升機構(gòu)的限位開關(guān)，操作人員操作失誤造成起升機構(gòu)過卷，系統(tǒng)產(chǎn)生制動保護，避免了事故發(fā)生。5.4系統(tǒng)維護方便。因為提供了完善、詳細的系統(tǒng)運行狀態(tài)信息和故障信息而使故障診斷變得十分容易，使維護工作簡單快捷。5.5沒有出現(xiàn)過溜鉤現(xiàn)象。三、結(jié)論起重機行業(yè)采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)，不僅能滿足起重機工藝要求，而且克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題。同時可以通過變頻器參數(shù)設(shè)置很多種保護功能，使系統(tǒng)保護更加完備。變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造，一次性的成本投入是比較大的。但從節(jié)能、提高生產(chǎn)率、降低使用成本、提高安全性等方面來看，也就是說綜合考慮性能、價格、經(jīng)濟等因數(shù)，是值得的。為了降低一次性的投入，據(jù)我們多年的經(jīng)驗，可以采取如下措施：1、非位能性負載機構(gòu)如大車、小車，可以采用一臺變頻器驅(qū)動兩臺電機；2、變頻器的選型要適當(dāng)；3、可以考慮利用原來的繞線式電機或者僅更換起升機構(gòu)的電機為變頻電機；4、可以不用PLC和現(xiàn)場總線。