基于伺服控制的提升機(jī)變頻改造

摘要：在我司物流系統(tǒng)中，片煙高架庫(kù)物流系統(tǒng)主要由堆垛機(jī)、輸送機(jī)、夾包機(jī)、提升機(jī)等構(gòu)成，用于存儲(chǔ)、輸送煙葉等生產(chǎn)原料，滿足制絲車(chē)間的煙絲生產(chǎn)需求。提升機(jī)是系統(tǒng)瓶頸所在，由于控制方式不合理，月平均故障時(shí)長(zhǎng)約300min。對(duì)此，我司對(duì)提升機(jī)進(jìn)行變頻改造，包括變頻器選型、電機(jī)控制曲線優(yōu)化等。經(jīng)過(guò)改造后，提升機(jī)月平均故障時(shí)長(zhǎng)降低到30min以內(nèi)，滿足了生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：伺服控制；提升機(jī)；變頻

【中圖分類號(hào)】TG385【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2236-1879（2017）12-0243-01

1存在問(wèn)題

片煙高架庫(kù)存儲(chǔ)煙葉等生產(chǎn)原料，根據(jù)每日生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行批次出庫(kù)，片煙依次經(jīng)堆垛機(jī)、輸送機(jī)、夾包機(jī)、提升機(jī)輸送至制絲車(chē)間A、B、C三條生產(chǎn)線。由于提升機(jī)故障率高，一旦出現(xiàn)故障就造成后續(xù)片煙堵料，經(jīng)統(tǒng)計(jì)改造前6個(gè)月提升機(jī)月平均故障時(shí)長(zhǎng)約300min，嚴(yán)重影響制絲車(chē)間生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）變頻器功率無(wú)法滿足電機(jī)功率要求。額定負(fù)載下，提升機(jī)下行時(shí)，在0-0.5s（下行加速）和6.5-7s（下行減速）的時(shí)間段，提升機(jī)所需功率和速度呈線性關(guān)系，分別為P=3330v和P=4070v，如圖1所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)提升機(jī)下行減速時(shí)多組數(shù)據(jù)不滿足要求，變頻器在低頻時(shí)輸出功率不足，導(dǎo)致提升機(jī)出現(xiàn)墩底故障，如圖2所示。

（2）擾動(dòng)時(shí)電機(jī)速度波動(dòng)超過(guò)±5%。

當(dāng)前對(duì)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，沒(méi)有采集電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，更無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)在電機(jī)尾部安裝編碼器測(cè)量電機(jī)的實(shí)時(shí)速度，發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中提升機(jī)電機(jī)運(yùn)行速度不穩(wěn)，抗擾動(dòng)能力差，多組數(shù)據(jù)超出正常運(yùn)行速度的5%，造成提升機(jī)在下行減速時(shí)出現(xiàn)減速延遲或超速。

針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題點(diǎn)，我司對(duì)提升機(jī)進(jìn)行變頻控制改造，通過(guò)變頻器的重新選型和變頻控制方式的優(yōu)化，很好得解決了上述問(wèn)題。

2改進(jìn)方法

（1）選用艾默生ES2402變頻器。

原有變頻器為丹弗斯VLT2800，額定功率為5.5kw，改造后選用艾默生ES2402，額定功率為7.5kw，該變頻器可靠性高，性能完善，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、伺服控制等多種控制模式，改造后通過(guò)繼電器平穩(wěn)控制提升機(jī)的下行減速速度。

（2）升降區(qū)域分段控制。

根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行區(qū)域高度，原有提升機(jī)運(yùn)行區(qū)域劃分為3個(gè)區(qū)域，以提升機(jī)下行為例，為加速區(qū)、高速區(qū)、減速區(qū)，上行時(shí)則相反。

由于提升機(jī)從高速區(qū)到減速區(qū)速度變化過(guò)大，速度控制曲線呈現(xiàn)突變狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所需制動(dòng)力矩大，提升機(jī)存在抖動(dòng)現(xiàn)象。改造后則增加兩個(gè)低速運(yùn)行區(qū)域，使速度運(yùn)行曲線平緩，以提升機(jī)下行為例，為加速區(qū)、低速區(qū)、高速區(qū)、低速區(qū)、減速區(qū)5個(gè)運(yùn)行區(qū)域，上行時(shí)則相反。

（3）增加速度反饋閉環(huán)控制。

原有控制方式為開(kāi)環(huán)控制，提升機(jī)在升降過(guò)程中易出現(xiàn)抖動(dòng)、異響，速度波動(dòng)超過(guò)±5%，控制系統(tǒng)如圖3所示：

為了避免該問(wèn)題，應(yīng)在上述系統(tǒng)中加入速度反饋，即將輸出轉(zhuǎn)速反饋至第一個(gè)擾動(dòng)點(diǎn)之前，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，如圖4所示。

硬件上采用在電機(jī)末端安裝編碼器，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，即可及時(shí)反饋速度變化，能夠及時(shí)有效地控制速度，避免速度出現(xiàn)較大波動(dòng)。

3改造效果

改造后提升機(jī)故障率顯著降低，變頻器功率不足和速度波動(dòng)問(wèn)題得到很好解決。改造現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出，測(cè)試數(shù)據(jù)和理論速度曲線相符，提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)墩底故障，在低速、高速區(qū)域的速度切換過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改造后3個(gè)月提升機(jī)月平均故障時(shí)長(zhǎng)在30min以內(nèi)，故障時(shí)間降低90%左右，有效提高了片煙高架庫(kù)的設(shè)備運(yùn)行效率，滿足制絲生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：黃許立（1985-），男，福建福清人，碩士，工程師，龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司物流部技術(shù)員，主要從事自動(dòng)化物流系統(tǒng)的維護(hù)。