探析安川H1000變頻器在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)中的改進(jìn)和應(yīng)用

姚欽然

【摘要】本文闡述了塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用變頻器調(diào)控技術(shù)取代傳統(tǒng)的變阻分級調(diào)速實現(xiàn)無級變速調(diào)速，舉例介紹選用日本安川H1000系列變頻器的C6018型號塔機(jī)的控制系統(tǒng)工作原理和變頻器在塔機(jī)中的應(yīng)用情況，從而實現(xiàn)了塔機(jī)的自動化控制。

【關(guān)鍵詞】塔機(jī);起升機(jī)構(gòu);?變頻技術(shù);變頻器

一、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，塔機(jī)的應(yīng)用日益普遍，需求量快速增長。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)控技術(shù)在塔機(jī)的起升系統(tǒng)中正得到越來越多的應(yīng)用，采用變頻調(diào)控技術(shù)取代傳統(tǒng)的起升控制箱變阻分級調(diào)速，實現(xiàn)塔機(jī)無級調(diào)速，提高了控制精度和系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而實現(xiàn)了塔式起重機(jī)的自動化控制。現(xiàn)在變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，它以絕對的優(yōu)勢超越了其他的任何調(diào)速方案，其優(yōu)點不勝枚舉，如：零速抱閘，對制動器無磨損;任意低的就位速度，可用于精確吊裝;速度的平滑過渡，對機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊，提高了塔機(jī)的運(yùn)行安全性;極低的起動電流，減輕了用戶電網(wǎng)擴(kuò)容的負(fù)擔(dān);幾乎任意寬的調(diào)速范圍，提高了塔機(jī)的工作效率;節(jié)能的調(diào)速方式，減少了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。本文結(jié)合實際，談?wù)勗趯嶋H工作中變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的改進(jìn)與應(yīng)用。

二、塔機(jī)中變頻器的應(yīng)用概況以及優(yōu)點

塔式起重機(jī)在起升機(jī)構(gòu)中應(yīng)用變頻技術(shù)以日本安川變頻器為主，主要應(yīng)用于中大塔機(jī)。在實際中應(yīng)用變頻器控制塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)變速調(diào)速有以下的優(yōu)點：

首先是塔機(jī)控制系統(tǒng)成本低，塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)一般采用開環(huán)或閉環(huán)控制的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)控制箱控制起升機(jī)構(gòu)的塔機(jī)一般采用開環(huán)控制方式，且控制箱內(nèi)電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接線繁多，如有故障，維修的難度較大，成本較高，且造成較多的停工時間會對施工現(xiàn)場作業(yè)造成延誤。如果要構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，又要增加PG（編碼器）、檢測回路和連接線。這些環(huán)節(jié)加大了安裝的復(fù)雜性;增加了系統(tǒng)成本。?采用使用PLC可編程控制器和變頻器來控制塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，自身就為閉環(huán)系統(tǒng)，不需要增加其他附件，大大降低控制系統(tǒng)的制造成本，且維護(hù)方便，出現(xiàn)故障易于排除。

其次是速度調(diào)節(jié)靈活，絕大多數(shù)的變頻器都有多種速度輸入方式。由于起重機(jī)采用聯(lián)動控制臺控制，所以采用開關(guān)量作為速度控制矢量，為做到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡潔，我們采用PLC與變頻器通信接口傳送速度與控制指令，這樣，控制柜內(nèi)的連接線最少，同時又能實現(xiàn)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的無級調(diào)速，起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速控制較為靈活簡單，同時實現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)變速平穩(wěn)，大大降低吊裝時重物的加速沖擊載荷。

三、變頻器的工作原理

本公司在施工現(xiàn)場采用的四川建設(shè)機(jī)械（集團(tuán)）股份有限公司所生產(chǎn)的C6018塔式起重機(jī)，最大安裝臂長為60m，臂尾最大吊裝重量為1.8t，塔機(jī)的起升控制系統(tǒng)采用日本安川變頻器?H1000重載高性能變頻器，現(xiàn)以該變頻器為例介紹變頻器在塔機(jī)中的應(yīng)用原理及控制方式和過程，并闡述變頻器的工作情況。

3.1簡介

一臺專用變頻電機(jī)輸出軸與圓錐齒輪減速器連接，電機(jī)另一側(cè)軸伸裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，并用專用屏蔽電纜與變頻器相連。圓錐齒輪減速器輸出軸帶動卷筒轉(zhuǎn)動。電機(jī)由聯(lián)動臺手柄，電控箱提供頻率可控的電源，經(jīng)減速器傳遞，連接卷筒旋轉(zhuǎn)。變頻器還與外部電阻箱相連，當(dāng)電機(jī)在上升減速或下降工作狀態(tài)時，將再生發(fā)電的能量通過電阻箱內(nèi)的電阻消耗掉。使起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度保持在一個控制點上。

起升機(jī)構(gòu)的工作速度調(diào)控，采用電機(jī)轉(zhuǎn)速受電源頻率變化而改變的原理。控制變頻器的輸出頻率，則可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對起升機(jī)構(gòu)的工作速度控制。當(dāng)給起升機(jī)構(gòu)停止指令時，經(jīng)過減速過程，起升制動器失電，靠彈簧力制動。起升限位器防止可能出現(xiàn)的操縱失誤。

3.2?起動和停止的控制模式及時序

3.2.1?起動和停止的控制模式

起動和停止時，為確保符合負(fù)載的轉(zhuǎn)矩狀態(tài)下進(jìn)行抱閘開閉，變頻器根據(jù)內(nèi)部頻率指令、電機(jī)電流、轉(zhuǎn)矩指令大小，輸出抱閘打開指令。抱閘指令為閉時，抱閘打開;抱閘指令為開時，抱閘閉合。控制模式分為以下幾種：

3.2.2起動時的時序

起動時為防止負(fù)載滑落，確認(rèn)已經(jīng)產(chǎn)生保持負(fù)載所必要的轉(zhuǎn)矩后，再打開抱閘。

動作說明：

（1）輸入運(yùn)行指令（正轉(zhuǎn)指令、反轉(zhuǎn)指令的任何一個為閉）時，在抱閘閉合狀態(tài)下，變頻器加速到抱閘延遲頻率（BF）。此時轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償（帶PG?矢量控制）、轉(zhuǎn)矩強(qiáng)制量（無PG?矢量控制）按照設(shè)定值被輸入。

（2）變頻器在確認(rèn)下面的3?個條件都成立后，抱閘打開指令（BR）閉合。抱閘打開指令（BR）閉合后，由外部回路進(jìn)行的抱閘打開確認(rèn)（BX）也閉合。抱閘打開指令閉合的條件：

·輸出頻率（軟啟動輸出）≥抱閘打開頻率FRF?（FRR）

·變頻器輸出電流>抱閘釋放電流IF?（IR）

·變頻器轉(zhuǎn)矩指令≥抱閘釋放轉(zhuǎn)矩TF?（TR）（僅限于矢量控制式）

（3）按抱閘延遲頻率（BF），運(yùn)行了抱閘延遲時間（BT）（加速停止）后，加速至外部端子A1?設(shè)定的頻率。若抱閘延遲時間（BT）為0?時，則不按抱閘延遲頻率（BF）加速停止。

3.2.3停止時的時序

停止時為防止負(fù)載滑落，在抱閘完全閉合前，都要有保持負(fù)載所必須的轉(zhuǎn)矩。

動作說明：

（1）?輸入停止指令（正轉(zhuǎn)指令，反轉(zhuǎn)指令同時為開）時，按照停止方法的設(shè)定，變頻器按設(shè)定的減速時間，減速至防止滑落頻率（HF）。但在帶PG?矢量控制模式下，減速到0?速為止。

（2）輸出頻率（軟啟動輸出）在抱閘閉合頻率（FHF，反轉(zhuǎn)時是FHR）以下時，抱閘打開指令（BR）為開，由外部回路進(jìn)行的抱閘打開確認(rèn)（BX）也為開。

（3）按滑落頻率（HF），運(yùn)行防止滑落時間（HT）（減速停止）后停止。但在帶PG?矢量控制模式下，按0?速度，停止時間（ST）進(jìn)行速度控制。

3.3控制方式

使用PLC可編程控制器和變頻器。針對起升機(jī)構(gòu)不同的工作狀況設(shè)計程序，應(yīng)用專用的編程軟件將程序?qū)懭隤LC中。

3.4?控制過程

控制

過程

說明

啟動電源，按下I按鈕

“A”控制箱，P接觸器吸合，塔機(jī)得到工作電源。

緊急按鈕“O”觸點處于常態(tài)

按下IR按鈕

圖中開關(guān)觸點處于常態(tài)。OCB（20.21）得電吸合，LQ得電，變頻LFAS接入電網(wǎng)。變頻器投入運(yùn)行。

起升XLH

向起升或下降方向操縱操縱桿，給出起升或下降運(yùn)行指令。當(dāng)變頻器運(yùn)行時，滿足制動器松開條件，內(nèi)部觸點

（M1，M2）閉合。PLC確認(rèn)后，LFa吸合，制動松開，加速運(yùn)行至給定頻率指令上。

下降XLD

0～50Hz

改變操縱桿對于零位的向后或向前的偏移角，即可獲得0～50Hz的無級調(diào)速

輕載增速功能：

當(dāng)?shù)踺d重量低于額載時，本機(jī)構(gòu)設(shè)置了三段輕載時的超速。當(dāng)操縱桿處于縱軸兩端向右運(yùn)行，即可實現(xiàn)三段超速控制。

三段超速對應(yīng)的重量及頻率分別為：

檔位

S401X（超速一檔）

S402X（超速二檔）

S403X（超速三檔）

重量

a=2

3.25t

1.75t

0.75t

a=4

6.5t

3.5t

1.5t

頻率

75Hz

100Hz

120Hz

3.5?變頻器工作情況

在PLC程序控制中，把AUL斷開時，制動單元過熱保護(hù)LBU

觸點閉合（帶制動單元），聯(lián)動臺起升緊急停止按鈕OLF觸點斷開，變頻器內(nèi)部故障閉合時，LQ接觸器斷開，制動器抱閘，變頻器失電。在這種情況下應(yīng)檢查AUL或防雷器，制動單元是否損壞，聯(lián)動臺起

升緊急停止按鈕OLF是否斷開，變頻器是否有故障。在確保無故障

的情況下，讓手柄歸零，再重新按復(fù)位IR按鈕，LQ接觸器吸合，使

變頻器得電，在規(guī)定的載荷及速度和高度范圍內(nèi)運(yùn)行。使上升終端限位SLH、超過額定載荷時SLChPv、力矩限位SLMo觸點斷開，手柄向上操作失效，只能向下操作，操作人員嚴(yán)格按重量載荷表進(jìn)行操

作。?需變繩操作時，在空鉤時當(dāng)撞到起升終端限位SLH后，這時按下變繩按鈕Sh不放，使起升在低頻速度上升，從而實現(xiàn)變繩。

四、?結(jié)語

施工現(xiàn)場的實際運(yùn)行證明，固定塔式起重機(jī)采用變頻控制方案，具有簡單，可靠，平穩(wěn)，高效，節(jié)能，保護(hù)功能齊全（過電流、過電壓、欠壓、接地、過熱、短路），是自動化控制的理想選擇。完美的替代的原有的傳統(tǒng)控制模式，具有普遍的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

1. 《C6018塔式起重機(jī)使用說明書》

2.?《安川變頻器?H1000變頻器說明書》