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<P> <STRONG> 一、原系統分析：</STRONG></P>
<P> 橋式起重機情況: </P>
<P> 橋式起重機(天車)是一種用來起吊、放下和搬運重物、并使重物在一定距離內水平移動的起重、搬運設備，在生產過程中有著重要應用。5噸橋式起重機，原設備電氣驅動系統分為起重機升降、小車、大車三部份。其中起重機升降由一臺13kW的繞線式異步電動機驅動，大車由兩臺4 kW繞線式異步電動機、小車由一臺2.5 kW繞線式異步電動機驅動。在原傳動控制中，采用轉子串接電阻的調速方式.由于工作環境差,粉塵和有害氣體對電機的集電環、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務重,實際過載率高,由于沖擊電流偏大,容易造成電動機觸頭燒損、電刷冒火、電動機及轉子所串電阻燒損和斷裂等故障, 影響現場生產和安全,工人維修量和產生的維修費用也很高.并且原調速方式機械特性較差,調速不夠平滑，所串電阻長期發熱浪費能量。綜上所述原設備存在的主要缺點如下：</P>
<P> （1） 拖動電動機容量大，起動時電流對電網沖擊大，電能浪費嚴重。</P>
<P> （2） 起重機升降、小車、大車起動、停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊也較大，機械設備使用壽命縮短，操作人員的安全系數較差，設備運行可靠性較低。</P>
<P> （3） 由于電動機一直在額定轉矩下工作，而每次升降的負載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費。</P>
<P> （4） 起重機每天需進行大量的裝卸操作，由于繞線式電機調速是通過電氣驅動系統中的主要控制元件---交流接觸器來接入和斷開電動機轉子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態下，容易燒壞觸頭。同時因工作環境惡劣，轉子回路串接的銅電阻因灰塵、設備振動等原因經常燒壞、斷裂。因而設備故障率比較高，維修工作量比較大。同樣小車、大車的運轉也存在上述問題。</P>
<P> （5） 在起重機起升的瞬間，升降電動機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機損壞或者鋼絲繩斷裂。</P>
<P> （6） 為適應起重機的工況，起重機的操作人員經常性的反復操作，起重機的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態，降低了電器元件和電動機的使用壽命。</P>
<P> （7） 起重機工作的協調性主要靠操作人員的熟練程度。由于升降、大車、小車三個凸輪控制器之間沒有固定的聯系，在起重機工作時操作人員勞動強度比較大，容易疲勞，易產生誤操作。</P>
<P> 針對上述現有技術存在的不足，本次改造的起重機采用先進的可編程控制技術（PLC）和變頻器技術，以程序控制取代繼電器----接觸器控制，交流電動機調速方式采用變頻調速，進而實現了起重機的半自動化控制。</P>
<P><STRONG> 二、改造方案：</STRONG></P>
<P> 交流電動機的調速方式很多,針對上述現有技術存在的不足，綜合各種性能最佳者為變頻調速方式。</P>
<P> 2.1拖動系統</P>
<P> 1、電動機選型</P>
<P> A.大車與小車用電動機 可選用普通的籠型轉子異步電</P>
<P> 動機；</P>
<P> B.升降用電動機 由于要求比較高，應選用變頻專用的籠</P>
<P> 型轉子異步電動機。</P>
<P> 原設備系統采用的是繞線式異步電動機，出于經濟方面的考慮，通過短接轉子回路也能進行使用。</P>
<P> 2、調速方法</P>
<P> 采用目前國際先進技術具有矢量控制功能的變頻調速系統。變頻后轉速可以分檔控制，一般采用6段速度運行，從低到高自由切換。</P>
<P> 3、制動方式 </P>
<P> 采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。</P>
<P> A.首先，通過變頻器調速系統的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和起重機的速度迅速而準確地降到0(使它們停止) ；</P>
<P> B.對于起重機，常常會有重物在半空中停留一段時間（如重物在半空中平移），而變頻調速系統雖然能使重物靜止，但因設備容易受到外界因素的干擾，（如在平移過程中常易出現的瞬間斷電）因此，利用電磁制動器進行機械制動仍然是必須的。</P>
<P> 2．2變頻調速系統的控制要點</P>
<P> 橋式起重機拖動系統的控制動作包括：大車的左、右行走及速度檔位；小車的前、后行走及速度檔位；起重機的升、降及速度檔位等。所有這些，都可以通過可編程序控制器（PLC）進行無觸點控制。</P>
<P> 橋式起重機控制系統中需要引起注意的是關于防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發生重物由停止狀態下滑的現象，稱為溜鉤。</P>
<P> 防止溜鉤的控制需要注意的關鍵問題是：</P>
<P> 1）電磁制動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間</P>
<P> 的，大約0.6秒（視型號和大小而定）。因此，變頻器如過早地停止輸出，將容易出現溜鉤。</P>
<P> 2）變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率，以</P>
<P> 免發生“過流”而跳閘的誤動作。</P>
<P> 為此，具體控制方法如下：</P>
<P> 1．重物高空停止的控制過程</P>
<P> A．設定一個“停止起始頻率”fBS,當變頻器的工作頻率下降</P>
<P> 到fBS時，變頻器將輸出一個“頻率到達信號”，發出制動電磁鐵斷電指令；</P>
<P> B. 設定一個fBS 的維持時間tBB, tBB長短應略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱閘所需要的時間；</P>
<P> C. 變頻器將工作頻率下降止0。</P>
<P> 2． 重物升降的過程</P>
<P> A． 設定一個“升降起始頻率”fRD,當變頻器的工作頻率上升到fRD</P>
<P> 時，將暫停上升。為了確保當制動電磁鐵松開后，變頻器已經能控制住重物的升降而不會溜鉤，所以，在工作頻率達到fRD的同時，變頻器將開始檢測電流，并設定檢測電流所需要的時間tRC；</P>
<P> B．當變頻器確認已經有足夠大的輸出電流時，將發出一個“松開</P>
<P> 指令”，使制動電磁鐵開始通電；</P>
<P> C. 設定一個fRD的維持時間tRD，tRD的長短應略大于制動電磁鐵從通電到完全松開所需要的時間；</P>
<P> D. 變頻器將工作頻率上升止所需頻率。</P>
<P> 3. 變頻器的零速全轉矩功能和直流制動勵磁功能</P>
<P> 艾默生高性能矢量TD3000系列變頻器，具備了有效的防止溜鉤的一些獨特的制動功能，如：</P>
<P> A.零速全轉矩功能 變頻器可以在速度為0的狀態下，保持電動</P>
<P> 機有足夠大的轉矩。這一功能保證了起重機有升降狀態降為0時，電動機能夠使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤的放生。</P>
<P> B.起動前的直流強勵磁功能 變頻器可以在起動之前自動進行直流強勵磁。使電動機有足夠大的轉矩（有速度傳感器的矢量控制：200%rpm；無速度傳感器的矢量控制：150%/0.5Hz）,維持重物在空中的停住狀態，以保證電磁制動器在釋放過程中不會溜鉤。</P>
<P><STRONG> 三．橋式起重機采用變頻調速的優點和系統介紹</STRONG></P>
<P> 3.1變頻調速控制系統的優點</P>
<P> 1.變頻器調速控制系統的保護功能強</P>
<P> A.變頻調速以其體積小、通用性強、動態響應快、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優于以往的任何調速方式；</P>
<P> B.使用變頻器控制電機的運行控制，可以進行電機的軟啟動，而讓電機具有很快的動態響應并且實現無級調速；另外對電機的一些參數做到補償；對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時很準確的檢測而自動采取應變措施保護電機；</P>
<P> 2.工作可靠性顯著提高，主要有以下幾個方面：</P>
<P> A.電磁鐵的壽命可大大延長 原拖動系統是在運動的狀態下進行抱閘的，采用變頻調速后，可以在基本停住的狀態下進行抱閘，閘皮的磨損情況大為改善；</P>
<P> B.操作手柄不易損壞 原系統的操作手柄因常常受力過大，屬于易損件。采用變頻調速后，操作手柄的受力將大大的減小，不容易損壞；</P>
<P> C.控制系統的故障率大為下降 原系統是由于十分復雜的接觸器、繼電器系統進行控制的，故障率較高。采用了變頻調速控制系統后，控制系統可大大簡化，可靠性大為提高。</P>
<P> 3.節能效果十分可觀 繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻內消耗大量的電能。采用變頻調速系統后，非但外接電阻內消耗的大量電能可以完全節約，并且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源。</P>
<P> 5．調速質量明顯提高 采用了變頻調速系統后，調速范圍有PG矢量控制時1：1000，無PG矢量控制時1：100，速度控制精度有速度傳感器矢量控制0.05%，無速度傳感器矢量控制0.5%最高頻率，并且調速平穩，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。</P>
<P> 6．可簡化傳動鏈 由于可以進行無級調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，使傳動鏈結構簡單，設計標準化。</P>
<P> 3.2變頻調速控制系統的介紹</P>
<P> 1.大、小車運行機構 大車為雙梁結構，分別由兩臺4KW電動機拖動，用一臺較大的變頻器（15KW）供電；小車由單臺2.5KW電動機拖動，并且由單獨的變頻器（3.7KW）供電。</P>
<P> 2.起重機升降機構 起重機升降的電動機由一臺電動機（13KW）驅動。系統框圖如圖1-5所示：</P>
<P> 3.制動單元和制動電阻 本系統對于重物下降時電動機再生的電能，采取由變頻器外接的制動單元（TD3000系列變頻器22KW及其以下機型中，已內置了制動單元；但是所有的制動電阻都需要外接）和制動電阻消耗掉的方式。針對橋式起重機的起重機升降機構起、制動頻繁，要求制動的轉矩較大，以及下降時制動狀態的持續時間較長等特點，因此：</P>
<P> A.制動單元用標準配置就可以實現制動過程的功能。</P>
<P> B.制動電阻的額定功率可以稍稍的加大一倍。</P>
<P><STRONG> 4. 可編程序控制器（PLC）選擇：</STRONG></P>
<P> 此方案,選用美國緊湊型EC20系列可編程序控制器。EC20系列可編程序控制器是艾默生(EMERSON)公司致力于工業自動化領域全新推出的新一代可編程序控制器，它代表了工業自動化控制的最高水平，是最新計算機技術與工業控制技術的完美結合。具特點主要如下：</P>
<P> ·體積小，結構緊湊；</P>
<P> ·采用功能強大的最新MCU和CPLD工業控制專用芯片；</P>
<P> ·豐富的硬件資源，高執行速度；</P>
<P> ·強大的組網功能：支持MODBUS協議和自由端口協議；</P>
<P> ·功能強大的用戶指令集，包括PID等復雜指令；</P>
<P> ·獨特的抗干擾設計，重要數據的掉電保護功能；</P>
<P> ·板件嚴格的三防處理，寬電壓設計，適應惡劣現場環境。</P>
<P> PLC 按控制程序、輸入控制信號來完成起重機各種工況的協調，并決定起重機的各種工作狀態。系統軟件設計采用 PLC梯形圖語言來編程完成，用 PLC控制工作可靠，掃描速度快，控制非常靈活。</P>
<P><STRONG> 5. 變頻器選擇：</STRONG></P>
<P> 此方案，變頻器選用安川品牌變頻器。</P>
<P> 采用變頻器驅動異步電動機調速，通常應根據異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據異步電動機實際運行中的電流值（最大值）來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（1.05～1.10）電動機的額定電流或電動機實際運行中的最大電流。</P>
<P> I1nv≥（1.05～1.10）In或（1.05～1.10）Imax</P>
<P> 式中I1nv--變頻器額定輸出電流（A）；</P>
<P> In--電動機的額定電流（A）；</P>
<P> Imax--電動機實際最大電流（A）。</P>
<P> 大車小車行走是一般的負載，因此采用安川系列和安川系列變頻器驅動。對于起重機升降電動機，考慮到功能性負載，工作時總是重載起動、制動。而且要求盡可能地快速起動、制動。變頻器的容量是按上式計算得到的。根據實際情況，經過與同類變頻器的性能與價格及售后服務等方面的綜合考慮，變頻器選用安川公司高性能矢量控制變頻器。安川變頻器采用目前國際先進的矢量控制方式，通過對電機勵磁電流和轉矩電流進行解耦控制，實現轉矩的快速響應和準確控制，能以很高的精度進行寬范圍的調速運行。</P>
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