基于伺服控制的提升機變頻改造

摘要：在我司物流系統中，片煙高架庫物流系統主要由堆垛機、輸送機、夾包機、提升機等構成，用于存儲、輸送煙葉等生產原料，滿足制絲車間的煙絲生產需求。提升機是系統瓶頸所在，由于控制方式不合理，月平均故障時長約300min。對此，我司對提升機進行變頻改造，包括變頻器選型、電機控制曲線優化等。經過改造后，提升機月平均故障時長降低到30min以內，滿足了生產需求。

關鍵詞：伺服控制；提升機；變頻

【中圖分類號】TG385【文獻標識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0243-01

1存在問題

片煙高架庫存儲煙葉等生產原料，根據每日生產計劃進行批次出庫，片煙依次經堆垛機、輸送機、夾包機、提升機輸送至制絲車間A、B、C三條生產線。由于提升機故障率高，一旦出現故障就造成后續片煙堵料，經統計改造前6個月提升機月平均故障時長約300min，嚴重影響制絲車間生產。通過對提升機進行試驗，發現以下問題：

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

經現場試驗，發現提升機下行減速時多組數據不滿足要求，變頻器在低頻時輸出功率不足，導致提升機出現墩底故障，如圖2所示。

（2）擾動時電機速度波動超過±5%。

當前對電機的控制為開環控制，沒有采集電機的實時轉速，更無法進行實時反饋調整。經現場試驗，通過在電機尾部安裝編碼器測量電機的實時速度，發現實際運行過程中提升機電機運行速度不穩，抗擾動能力差，多組數據超出正常運行速度的5%，造成提升機在下行減速時出現減速延遲或超速。

針對以上兩個問題點，我司對提升機進行變頻控制改造，通過變頻器的重新選型和變頻控制方式的優化，很好得解決了上述問題。

2改進方法

（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，可實現開環、閉環、伺服控制等多種控制模式，改造后通過繼電器平穩控制提升機的下行減速速度。

（2）升降區域分段控制。

根據提升機運行區域高度，原有提升機運行區域劃分為3個區域，以提升機下行為例，為加速區、高速區、減速區，上行時則相反。

由于提升機從高速區到減速區速度變化過大，速度控制曲線呈現突變狀態，實際運行過程中所需制動力矩大，提升機存在抖動現象。改造后則增加兩個低速運行區域，使速度運行曲線平緩，以提升機下行為例，為加速區、低速區、高速區、低速區、減速區5個運行區域，上行時則相反。

（3）增加速度反饋閉環控制。

原有控制方式為開環控制，提升機在升降過程中易出現抖動、異響，速度波動超過±5%，控制系統如圖3所示：

為了避免該問題，應在上述系統中加入速度反饋，即將輸出轉速反饋至第一個擾動點之前，實現閉環控制，如圖4所示。

硬件上采用在電機末端安裝編碼器，對電機轉速進行采集，即可及時反饋速度變化，能夠及時有效地控制速度，避免速度出現較大波動。

3改造效果

改造后提升機故障率顯著降低，變頻器功率不足和速度波動問題得到很好解決。改造現場試驗得出，測試數據和理論速度曲線相符，提升機運行過程中未出現墩底故障，在低速、高速區域的速度切換過程中運行穩定，未出現抖動現象。經統計，改造后3個月提升機月平均故障時長在30min以內，故障時間降低90%左右，有效提高了片煙高架庫的設備運行效率，滿足制絲生產需求。

參考文獻

[1]崔納新.變頻調速異步電動機效率優化控制的研究進展[J].電工技術學報，2004.

[2]屈維謙.變頻調速原理及變頻方案可靠性的分析[J].北京機械工業學院學報（綜合版），2008.

作者簡介：黃許立（1985-），男，福建福清人，碩士，工程師，龍巖煙草工業有限責任公司物流部技術員，主要從事自動化物流系統的維護。