抓斗行車變頻技術(shù)改造探析

黃紹隆

【摘要】抓斗行車是工礦企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的常用設(shè)備，本文對抓斗行車的變頻技術(shù)改造進(jìn)行了探討，闡述了變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能特性，對抓斗行車變頻控制系統(tǒng)的電氣配置進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，并對改造過程中出現(xiàn)的一些問題及解決方案進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】抓斗行車；行車改造；變頻控制；變頻器

行車是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的常用設(shè)備，又稱為吊車，為一種橋式起重機械設(shè)備，在工礦企業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。多數(shù)行車是通過吊鉤來實現(xiàn)對現(xiàn)場物料的搬運，當(dāng)現(xiàn)場需要搬運的物料為粉狀或碎粒物時，則需要通過抓料斗來進(jìn)行物料的搬運，這樣的行車就是抓斗行車。傳統(tǒng)的抓斗行車控制方式比較落后、保護功能比較單一，通常只具備過流與過載保護，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性較差。此外，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能耗較大，電能浪費現(xiàn)象較為嚴(yán)重。因此，對傳統(tǒng)老式抓斗行車調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，對提高行車工作效率、減少電能消耗和設(shè)備維護工作具有重要的意義。

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能特性

1）變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電機可以保持在啟動時的轉(zhuǎn)矩輸出接近額定轉(zhuǎn)矩，且具有較強的抗沖擊與過載能力，對于需要電機頻繁正反轉(zhuǎn)的場合具有較高的適用性。2）可以與各種傳感器組合構(gòu)成矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有多段速控制方式，可以滿足行車運行的各種要求。3）軟件功能強大，提供各類工程流程所需的應(yīng)用宏。4）保護功能完善，具備過壓、過流、欠壓、缺相保護功能；具備變頻過熱、電機過載保護功能；具備電動機失速保護、電動機欠載保護等各種保護功能。5）具備標(biāo)準(zhǔn)的RS232通訊接口，可實現(xiàn)與微機的通訊以及遠(yuǎn)程診斷，可以實現(xiàn)各類應(yīng)用宏程序的下載安裝。6）具有動態(tài)制動的特點，可采用外部連接制動電阻或使用內(nèi)部制動電阻的制動斷續(xù)器，有效控制、改變電動機運行狀態(tài)。

2、電氣系統(tǒng)的配置

2.1 變頻器的選擇。根據(jù)行車提升部分所選用電機的特性以及作業(yè)特點，主卷電機和閉合電機所選用的變頻器應(yīng)是高性能的矢量變頻器。在功率選擇上，應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)長期使用有可能出現(xiàn)的超載狀況，變頻器的功率選擇應(yīng)比電機功率高出1檔或2檔。抓斗行車提升部分的閉合電機除負(fù)責(zé)抓斗的開閉功能實現(xiàn)外，還需要與主卷電機配合來完成抓斗的提升作業(yè)，這也就是說，抓斗行車的提升過程是由主卷電機與閉合電機共同出力完成的，這就涉及到提升時主卷與閉合鋼絲繩的受力平衡問題。行車抓料斗在抓料完成時，主卷鋼絲繩是處于松弛狀態(tài)，控制主卷與閉合電機的變頻器若都為速度控制方式，那么就會導(dǎo)致閉合電機、變頻器以及鋼絲繩過載。因此，對于控制主卷電機的變頻器來說，應(yīng)具備速度/轉(zhuǎn)矩控制在線切換功能，而控制閉合電機的變頻器來說，應(yīng)具備轉(zhuǎn)矩輸出功能，兩臺變頻器通過有效的邏輯配合才能解決受力平衡問題。

2.2 速度反饋（編碼器）。編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測量直線位移。為更好地實現(xiàn)空中起車和轉(zhuǎn)矩控制功能，可選用與變頻器品牌配套的編碼器，編碼器通過軸套與電機軸相連接，可充分利用變頻器轉(zhuǎn)矩控制功能與伺服功能，確保消除啟停時的“溜鉤”現(xiàn)象。

2.3 制動單元和制動電阻。行車的作業(yè)是在水平面兩個方向上進(jìn)行往復(fù)運動的過程，在進(jìn)行上下升降作業(yè)時，下降過程中電機是處于發(fā)電狀態(tài)，由此產(chǎn)生的電能叫做再生能量，電機再生能量會導(dǎo)致變頻器直流母線電壓的升高，因此，必須選用制動單元和制動電阻來將這種再生能量消耗掉，避免變頻器因直流母線電壓的升高而產(chǎn)生危險。對于制動組件的選擇，其配置容量以變頻器的容量為依據(jù)，可適當(dāng)放大配置。一些品牌的變頻器會提供配套的制動組件，其制動能力通常會較一般配置的要好，可優(yōu)先選用。

2.4 PLC。PLC又叫可編程控制器，采用該裝置可有效提高系統(tǒng)的自動化水平，實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制。應(yīng)用在抓斗行車控制系統(tǒng)，其主要功能包括：控制變頻器的啟停；精確控制抱閘；對主卷變頻器速度控制與轉(zhuǎn)矩控制方式進(jìn)行切換控制；實現(xiàn)系統(tǒng)的安全連鎖功能。

3、改造過程中出現(xiàn)的問題及解決措施

3.1 停車時抓料斗關(guān)閉不嚴(yán)。在系統(tǒng)運行調(diào)試過程中，出現(xiàn)了停車時抓料斗關(guān)閉不嚴(yán)的問題，造成這種問題的原因是由于抓斗停止時，抱閘的機械動作相比與變頻器的指令輸出具有一定的滯后性，變頻器過早的停止輸出而抱閘動作沒有及時跟上，造成抓料斗在靜止?fàn)顟B(tài)下出現(xiàn)自動下滑的現(xiàn)象，也就是所謂的“溜鉤”。針對具體問題，可通過修改變頻器設(shè)置參數(shù)以及延長閉合電機減速時間來解決。將變頻器的停止頻率由原來的0HZ修改為2HZ，這種提升和開閉電機啟動與停止的初始轉(zhuǎn)矩得到了加強，但不宜設(shè)置過高，否則會影響抱閘閘皮的使用壽命；將閉合電機的減速時間延長0.5s左右，這樣便將抱閘的機械動作延時加了進(jìn)來，確保了抱閘動作與變頻指令在時間上的一致。

3.2 提升電機與開閉電機出力不平衡問題。對于此問題的解決，可以通過將控制提升與開閉電機的變頻器的力矩輸出端子進(jìn)行連接，以開閉電機的力矩輸出做為提升電機啟動運行的信號源，這樣一來，當(dāng)開閉電機的力矩輸出達(dá)到設(shè)定水平后（可設(shè)置為提升電機額定轉(zhuǎn)矩的20%），提升電機便啟動運行，快速運轉(zhuǎn)來追趕開閉電機的輸出，這樣便可以在很短時間內(nèi)達(dá)到二者的出力平衡，避免提升電機堆繩與閉合電機跳車。此外，通過分別設(shè)置提升電機與開閉電機變頻器的最高頻率，也可以達(dá)到調(diào)節(jié)二者出力平衡的作用。將控制開閉電機的變頻器的最高頻率設(shè)置低于控制提升電機的變頻器大概10HZ左右，便可使提升電機的出力在短時間內(nèi)追趕上開閉電機，達(dá)到二者的出力平衡。

3.3 整流單元放炮故障的處理。在抓斗行車變頻改造調(diào)試運行過程中，出現(xiàn)了整流單元放炮的故障，分析發(fā)現(xiàn)是制動單元的外接電阻因為電機的頻繁啟停而造成了局部過熱的現(xiàn)象；此外，制動電阻接線端子與其連接導(dǎo)線間距過小，引起連接導(dǎo)線絕緣老化而短路，造成整流單元損壞。針對上述原因，對制動單元及制動電阻的設(shè)計裝配進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，之后的運行過程中沒有再發(fā)生此類故障。

4、結(jié)束語

對抓斗行車進(jìn)行變頻改造后，很好的解決了系統(tǒng)的安全性與可靠性的問題，而且在節(jié)能方面具有較為突出的表現(xiàn)，行車運行效率低、能耗高的問題得到了較好的改善。此外，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，調(diào)速性能大為提高，速度控制的精度也得到提高，且很好的解決了主卷電機與開閉電機間的出力平衡問題，提高了控制元件的使用壽命，有效降低了系統(tǒng)的故障率以及維護成本，在實際的運行中體現(xiàn)了較高的綜合效益。