1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,它具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高，起、制動(dòng)平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。市面上各種品牌的變頻器控制方式大多采用磁通矢量控制(fvc)，而abb采用獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制(dtc)方式。dtc控制方式優(yōu)于fvc控制方式:力矩階躍上升時(shí)間小于5ms，比fvc控制方式至少小一倍，動(dòng)態(tài)控制精度比fvc高出一個(gè)數(shù)量級(jí);特別在低速運(yùn)行，電網(wǎng)供電質(zhì)量不好，波形發(fā)生畸變時(shí)，dtc仍然能保持較高的控制精度。

2 ABB交流調(diào)速裝置的介紹

abb的交流調(diào)速裝置分為acc和acs兩種系列，acc和acs在硬件組成和結(jié)構(gòu)上基本一樣，區(qū)別在控制軟件上;acc是專門為起重機(jī)設(shè)計(jì)的，它有一個(gè)專門制動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)提升應(yīng)用宏，用于位能性負(fù)載，它可以做到打開制動(dòng)器時(shí)電機(jī)以零速保持著重物，然后根據(jù)裝置內(nèi)設(shè)定的加、減速曲線加速到給定值，解決了溜鉤問題。acs是為風(fēng)機(jī)、水泵、平移機(jī)構(gòu)等摩擦性負(fù)載而設(shè)計(jì)的，在起重機(jī)中，主要用于行走等平移機(jī)構(gòu)。

新型的acs800(或acc800)系列比起老型號(hào)的acs600(或acc600)系列有許多新的特點(diǎn):具有啟動(dòng)向?qū)А⒆远�義編程、更高的集成度和更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。啟動(dòng)向?qū)У膽?yīng)用，使裝置的調(diào)試變得非常簡便，調(diào)試時(shí)根據(jù)英文提示一步步向下走即可;自定義編程就象內(nèi)置了小型的plc一樣具有更好的適應(yīng)性;同時(shí)它本身內(nèi)置了電抗器，減少了外圍元件。800系列具有電機(jī)參數(shù)自檢測(cè)自適應(yīng)功能，各種保護(hù)齊全:具有失壓保護(hù)、接地保護(hù)、冷卻風(fēng)機(jī)異常、超頻(超速)保護(hù)、接觸器粘結(jié)、缺相等保護(hù)等。

因此在我單位為琿春電廠設(shè)計(jì)的75t/20t雙梁橋機(jī)中，選用了abb的交流調(diào)速裝置，其中主起升和副起升采用acc800，小車和大車行走采用了acs800。

3 橋機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

琿春電廠75t/20t雙梁橋式起重機(jī)，是由兩臺(tái)橋機(jī)組合而成的，平時(shí)兩臺(tái)橋機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行，需要抬吊大件重物時(shí)，兩臺(tái)橋機(jī)合并為一臺(tái)，在任何一臺(tái)橋機(jī)的司機(jī)室里，都可以控制兩臺(tái)橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，并且也可以單獨(dú)控制對(duì)方橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。因此電控系統(tǒng)采用了“plc+變頻調(diào)速+mpi網(wǎng)”三級(jí)控制方案。在這里僅對(duì)abb交流變頻調(diào)速裝置的運(yùn)用作一下介紹。

3.1 變頻器的容量選擇

變頻器容量選擇應(yīng)本著變頻器額定電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流的原則來選配:
ib≥id×k1×k2／k3
式中: ib—變頻器的額定電流;
id—電動(dòng)機(jī)的額定電流;
k1—最大負(fù)載系數(shù)，為所需最大轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩之比;
k2—余量系數(shù)，一般取k2＝1.2;
k3—變頻器過載能力系數(shù)，不同的變頻器生產(chǎn)廠家其k3值不一樣，abb、安川變頻器一般取k3＝1.5，西門子取k3=1.36。

3.2 橋機(jī)的主要機(jī)構(gòu)

兩臺(tái)橋機(jī)電氣系統(tǒng)一樣，主要由主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)、橋機(jī)操作控制系統(tǒng)等部分組成。

(1) 起升機(jī)構(gòu)

主起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)yzpb(f)250m1-6 37kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。副起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)yzpb(f)225m-6 30kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用abb 公司專門為位能性負(fù)載設(shè)計(jì)的acc800-01-0060-3內(nèi)置制動(dòng)斬波器;調(diào)速為帶編碼器的閉環(huán)控制，調(diào)速范圍為1:10，控制精度為0.5%。

主起升速度: 0.18~1.8m/min; 副起升速度:0.68~6.8m/min。系統(tǒng)采用主令檔位開關(guān)量輸入plc,經(jīng)軟件處理后,再由plc模擬量輸出模塊輸出電壓信號(hào)(dc±10v)給交流變頻器，通過交流變頻器內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定,輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在plc中任意設(shè)定。主令控制器分為四檔，上下各為10%、30% 60%、100%額定速度;起動(dòng)、停止和各檔速度過渡平穩(wěn)無沖擊，屬于檔位無級(jí)調(diào)速方式。

主、副鉤的操作手柄都設(shè)在右聯(lián)動(dòng)臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)主、副鉤的同時(shí)工作和副鉤協(xié)同主鉤傾翻或翻轉(zhuǎn)起吊構(gòu)件的要求。

起升機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖1所示。

圖1 起升機(jī)構(gòu)電路原理圖

(2) 大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有2臺(tái)yzpb(f)e132m2-4 6.3kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)由一套變頻器控制;小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由1臺(tái)yzpb(f)e132m1-4 5.5kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬位移性負(fù)載，所以采用abb公司 acs800-01-0025-3(大車)和acs800-01-0011-3(小車)型變頻器調(diào)速。系統(tǒng)采用開環(huán)控制，調(diào)速范圍為1:10，控制精度為0.5%。

大車運(yùn)行速度:3~30m/min;小車運(yùn)行速度: 1.8~18m/min。同起升機(jī)構(gòu)一樣，系統(tǒng)采用主令檔位開關(guān)量通過plc的處理，輸出模擬量給交流變頻器，再由交流變頻器輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在plc中任意設(shè)定。大、小車主令檔位分為五檔，各檔速度為10%、30%、50%、70%、100%額定速度;同起升機(jī)構(gòu)一樣也屬有檔位無級(jí)調(diào)速方式。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖2所示。

圖2 大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電路原理圖

(3) 橋機(jī)操作控制

橋機(jī)的操作均在司機(jī)室內(nèi)進(jìn)行，通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令控制器控制。plc輸出到變頻器再輸出給定信號(hào)來實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的控制需求，最終達(dá)到調(diào)速的目的;plc為核心控制器;采用西門子s7-300，i/o點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要配置，并留有一定裕量;通過mpi網(wǎng)使兩臺(tái)橋機(jī)既可以成為兩臺(tái)單獨(dú)的橋機(jī)使用，又可以合并為一臺(tái)橋機(jī)使用。

4 abb交流調(diào)速裝置的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

4.1 變頻器acc800的主要參數(shù)的設(shè)置

首先應(yīng)選擇應(yīng)用宏，acc提供了兩個(gè)應(yīng)用宏:crane和m/f ctrl，crane宏為不帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏;m/f ctrl為帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏，本機(jī)選擇crane宏。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌上額定電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率等設(shè)置99.5~99.9參數(shù);也可以通過cdp312控制盤的func功能鍵由啟動(dòng)向?qū)У挠⑽奶崾疽徊讲竭M(jìn)行參數(shù)設(shè)定;參數(shù)設(shè)定好后，即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備無法分離時(shí)，99.10參數(shù)應(yīng)選擇id magn;在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備分離時(shí)，為了保證最好的控制精度，99.10參數(shù)應(yīng)選擇standard;根據(jù)acc的特點(diǎn)，由10.1參數(shù)設(shè)定的制動(dòng)應(yīng)答數(shù)字輸入點(diǎn)一定要和實(shí)際接線相對(duì)應(yīng)，此輸入點(diǎn)沒信號(hào)，變頻器將無法啟動(dòng);組13(模擬輸入)、組14(繼電器輸出)、組20(極限值)、組23(速度控制)和組27(制動(dòng)斬波器)等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定;本橋機(jī)起升部分采用了日本渡邊脈沖編碼器，編碼器由組50參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，與之配合的參數(shù)98.1應(yīng)設(shè)為rtac-slot1,以激活脈沖編碼器，使之為可用。acc800有兩種外部控制模式:field bus模式和stand alone模式，本橋機(jī)采用外部開關(guān)量控制，因此64.1參數(shù)應(yīng)選擇true。以上為acc800的主要參數(shù)設(shè)置。

4.2 變頻器acs800的主要參數(shù)的設(shè)置

橋機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用acs800變頻器、沒有編碼器的開環(huán)控制。參數(shù)設(shè)置比較簡單，99.4參數(shù)設(shè)置為dtc控制。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌將組99參數(shù)設(shè)置好后，即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行后，對(duì)組10、組11、組13、組14、組20、組21、組23和組27等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置結(jié)束，整機(jī)變頻器參數(shù)的設(shè)置即告結(jié)束。

4.3 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

在生產(chǎn)制造廠內(nèi)調(diào)試時(shí)，由于條件所限，裝置僅帶著電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試主起升時(shí)，給定信號(hào)為零，電動(dòng)機(jī)卻一直沒有停下來。考慮到?jīng)]有制動(dòng)器等機(jī)械裝置配合，裝置認(rèn)為電機(jī)沒有抱死，所以一直在調(diào)整。檢查裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，變頻器的速度顯示值還有。檢查電動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)傳感器的連接沒有固定好，因?yàn)檎饎?dòng)等原因，使傳感器仍然有信號(hào)輸出。固定好后，上述現(xiàn)象消失。在調(diào)試副起升時(shí)，發(fā)現(xiàn)了同樣問題。檢查電機(jī)沒有問題，便考慮到編碼器是否有問題，更換之，一切正常。因此不帶機(jī)械制動(dòng)的調(diào)試過程也是必要的。

5 結(jié)束語

abb變頻技術(shù)的使用，解決了舊的調(diào)速系統(tǒng)所存在的故障率高、線路復(fù)雜、不能平滑調(diào)速、維護(hù)量大等弊病，同時(shí)也簡化了設(shè)計(jì)工作，使電氣控制性能上了一個(gè)新臺(tái)階。其可靠性和先進(jìn)性是舊的調(diào)速系統(tǒng)所無法比擬的，并以其優(yōu)越的性能價(jià)格比受到了用戶的歡迎。