ABB變頻器DTC控制在橋式起重機(jī)上的運(yùn)用

曾進(jìn)東

摘要 隨著生產(chǎn)工藝對(duì)物品吊運(yùn)作業(yè)的要求越來越高，在冷軋車間配備的橋式起重機(jī)上，其傳動(dòng)控制已普遍采用PLC+變頻器的組合，卷?yè)P(yáng)控制采用DTC控制。本文介紹了使用DTC控制的ABB變頻器在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用，并介紹了其控制、接線、參數(shù)及調(diào)試的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 起重機(jī);直接轉(zhuǎn)矩控制;調(diào)試

中圖分類號(hào)：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A

概述

在冷軋薄板生產(chǎn)車間，由于產(chǎn)品對(duì)吊運(yùn)過程的磕碰十分敏感，而且機(jī)組上、下鋼卷對(duì)吊運(yùn)定位準(zhǔn)確要求非常嚴(yán)格。這就要求吊運(yùn)鋼卷的橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)必須具備速度與轉(zhuǎn)矩控制精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)。在選用橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)時(shí)，綜合考慮了現(xiàn)在先進(jìn)且成熟的控制系統(tǒng)：PWM矢量控制系統(tǒng)及DTC系統(tǒng)。經(jīng)對(duì)比分析， 最終選定具有DTC控制功能的ABB公司的ACS800系列變頻器，并使用其最新控制軟件的ACC800提升機(jī)應(yīng)用程序（+N652），以適應(yīng)冷軋產(chǎn)品吊運(yùn)的要求。

ACS系列變頻器在額定負(fù)載下可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最小速度和最大速度之為1:10。該變頻器設(shè)有專用的抱閘編程控制功能，可以通過編程對(duì)制動(dòng)邏輯進(jìn)行設(shè)置，以保證抱閘的可靠動(dòng)作。

控制特點(diǎn)

DTC的控制特點(diǎn)：

直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，不需要使用PWM控制中的調(diào)制器來控制頻率和電壓。剔除了中間環(huán)節(jié)，提升了傳動(dòng)改變轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度。使用DTC控制，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間在1ms～2ms，而帶編碼器的矢量控制和直流傳動(dòng)響應(yīng)時(shí)間在10～20ms。

低速下的精確轉(zhuǎn)矩控制。在沒有編碼器或測(cè)速機(jī)的情況下，可實(shí)現(xiàn)零速滿轉(zhuǎn)矩，即在頻率低于0.5Hz的情況下提供100%的轉(zhuǎn)矩。

DTC控制的電機(jī)靜態(tài)速度精度高。DTC系統(tǒng)的靜態(tài)速度精度在0.1%～0.3%之間，而其它使用頻率控制的PWM系統(tǒng)的靜態(tài)速度精度在1%～3%之間。DTC控制的傳動(dòng)如果使用1024p/r的編碼器，速度精度可達(dá)0.01%。

DTC的開環(huán)動(dòng)態(tài)速度精度在0.3%s～0.4%s之間，比其它的開環(huán)控制的交流系統(tǒng)（精度在3%s左右）高8倍。若加裝編碼器，DTC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)速度精度可達(dá)0.1%s。

卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的控制

卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)變頻器接線如圖1所示。為提高控制精度，我們?yōu)樽冾l器配置了1024p/r的編碼器作為電機(jī)速度反饋。變頻器電源通過總接觸器接入起重機(jī)電源回路。主令控制器、PLC、變頻器、抱閘間控制信號(hào)的傳送均通過中間繼電器：X22中k1s、k2s、k3s、k4s、k5s來自橋式起重機(jī)卷?yè)P(yáng)主令控制器；k7取自控制抱閘開啟的中間繼電器的附點(diǎn)。R02為抱閘開啟控制，R03為故障信號(hào)。R1s,R2s接制動(dòng)電阻。

圖1卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)變頻器接線圖

變頻器參數(shù)設(shè)定與調(diào)試：

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌上的各個(gè)參數(shù)值依次向變頻器內(nèi)輸入電動(dòng)機(jī)參數(shù)99.5（額定電壓）、99.6（額定電流）、99.7（額定頻率）、99.8（額定轉(zhuǎn)速）、99.9（額定功率）等。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)輸入完成后變頻器會(huì)有警告標(biāo)志出現(xiàn)，這表明電動(dòng)機(jī)的參數(shù)已被設(shè)定，而ACS800 準(zhǔn)備啟動(dòng)電機(jī)辯識(shí)(ID 勵(lì)磁或ID Run)。此時(shí)需斷開電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械連接，并確保電機(jī)運(yùn)行安全：將抱閘啟動(dòng)（R02）斷開，并將參數(shù)BRAKE ACNK SEL（10.1） 選為“INTERNAL ACK”。按PAR 鍵轉(zhuǎn)入下一個(gè)參數(shù)Motor ID Run（99.10），即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。

其他參數(shù)的設(shè)置

操縱變頻器上的CDP312R控制盤，依次對(duì)變頻器控制的以下參數(shù)進(jìn)行輸入：

組10設(shè)定制動(dòng)應(yīng)答，電機(jī)正反向控制、轉(zhuǎn)速選擇等輸入的接線位號(hào)。此設(shè)定必須與實(shí)際接線一致。

組 50 設(shè)定脈沖編碼器的參數(shù)。只有當(dāng)采用了一個(gè)脈沖編碼器模塊RTAC 或 NTAC (可選)，并且激活了參數(shù)98.01 ENCODER MODULE 的設(shè)置時(shí)，該參數(shù)組才可見，此時(shí)變頻器參數(shù)98.1應(yīng)設(shè)為RTAC-SLOT1或RATC-SLOT2(根據(jù)實(shí)際模塊所插位置確定)，來激活脈沖編碼器。

組 66 設(shè)定轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證參數(shù)。轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證是包含在傳動(dòng)控制中的一個(gè)功能模塊，它用于確認(rèn)在松開抱閘和開始提升運(yùn)行之前傳動(dòng)能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，抱閘沒有打滑。

然后輸入如下參數(shù)如表1。

表1變頻器參數(shù)設(shè)置

參數(shù)67.09，應(yīng)選擇AUTO TQ MEM。以便系統(tǒng)記憶每次電機(jī)停機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，在下次啟動(dòng)時(shí)，按此給定啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以防溜鉤。

在停車過程中，變頻器在接收到確認(rèn)信號(hào)BRAKE ACKN=“0”后，RUN命令在經(jīng)過了BRAKE FALL TIME(參數(shù)67.01)的時(shí)間延時(shí)后復(fù)位為“0”，電機(jī)停止運(yùn)行。由于機(jī)械抱閘的響應(yīng)速度不同，需反復(fù)調(diào)整67.01的設(shè)定值，達(dá)到抱閘實(shí)際閉合與電機(jī)停止的最佳配合。

轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證設(shè)定。轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能在轉(zhuǎn)矩控制模式下無效。

故障調(diào)試

在起重機(jī)調(diào)試初期，經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，經(jīng)分析，主要有：一、線路連接不實(shí)，致信號(hào)傳輸偶爾中斷；二、變頻器參數(shù)設(shè)置不合理，致特殊運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)故障；三、設(shè)備不能滿足特定環(huán)境需求。

案例一：偶爾出現(xiàn)變頻器不能送電，經(jīng)診斷為中間繼電器接線不實(shí)，致缺相保護(hù)信號(hào)未可靠送入PLC輸入模塊， PLC不能給出啟動(dòng)準(zhǔn)備信號(hào)。重新堅(jiān)固接線，故障排除。

案例二： 啟動(dòng)時(shí)變頻器報(bào)“OVER CURRENT”故障。經(jīng)查，為電機(jī)繞組燒壞，電機(jī)修復(fù)后，故障排除。變頻器的這種自我保護(hù)功能可防止故障范圍擴(kuò)大。

案例三：編碼器信號(hào)受干擾，多次出現(xiàn)TORQ FLT故障。經(jīng)反復(fù)檢查接線及參數(shù)設(shè)定，均未發(fā)現(xiàn)異常。后在提升轉(zhuǎn)速改變時(shí)，發(fā)現(xiàn)反饋顯示不正確。經(jīng)分析為編碼器內(nèi)線路未采用增強(qiáng)屏蔽所致。編碼器返廠更改，解決了這一故障。

結(jié)束語(yǔ) 具有DTC控制的ABB變頻器能很好地完成起重機(jī)卷?yè)P(yáng)電機(jī)大速比、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的精確控制，并且具有完備的故障診斷、系統(tǒng)保護(hù)功能。它能很好地滿足冷軋生產(chǎn)工藝的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]周揚(yáng)忠 胡育文 《交流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制》，機(jī)械工業(yè)出版社

[2]鮑袖明 《ABB ACS800 變頻器在起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用》，中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012年第21期（總第228期）

[3]《ABB傳動(dòng)技術(shù)指導(dǎo)1—直接轉(zhuǎn)矩控制》，北京ABB 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司