淺談Acs800變頻器在起重機中的應(yīng)用

解巖 趙莉莉 李躍龍

河鋼邯鋼大型軋鋼廠 河北邯鄲 056003

1 Acs800變頻器在起重機中應(yīng)用的意義

Acs800系列變頻器電源相數(shù)為三相、適配電機功率約為0.55-110KW，應(yīng)用范圍廣泛，由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、控制器組成，通常為了保證運行的安全，還設(shè)有保護(hù)電路，變頻器具有功能強大的控制盤，且具有集中控制的功能，支持自定義編程，具有顯示信號、定義參數(shù)、功能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的功能，可以全面準(zhǔn)確的顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和工作環(huán)境，并通過對電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實時監(jiān)測計算，通過反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，使電機控制系統(tǒng)具有閉環(huán)系統(tǒng)的精確度高、誤差小等穩(wěn)態(tài)特性，以及過渡平滑、超調(diào)量小等動態(tài)特性，對于傳統(tǒng)的變頻器存在的低速啟動區(qū)轉(zhuǎn)矩不足，效率低且對電機的損耗程度較大，該類型變頻器可以有效克服該問題，零速轉(zhuǎn)矩最大可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的2倍，有效地提升啟動速度，同時在內(nèi)部設(shè)有優(yōu)化系統(tǒng)性能的專用軟件應(yīng)用層，可以支持多種的接口選擇，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和信號模式的變換，可以實現(xiàn)分層控制技術(shù)，包括總線控制、端子控制等，同時還設(shè)置有專用功能，如預(yù)勵磁、轉(zhuǎn)矩驗證、功率優(yōu)化等功能，有效地通過內(nèi)部的功能整合減少變頻器外部的聯(lián)接線路，同時當(dāng)出現(xiàn)大功率起重機需要同時工作的情況時，該類型變頻器還設(shè)有內(nèi)部的主從級聯(lián)功能，實現(xiàn)可嵌套的工作模式，實現(xiàn)對于電機的同步控制，通過可視化的管理模式使系統(tǒng)工作模式狀態(tài)清晰可見，也間接地為系統(tǒng)的安全運行提供有力的保障[1]。

2 Acs800變頻器在起重機中應(yīng)用的優(yōu)點

傳統(tǒng)的起重機主升控制系統(tǒng)，一般采用凸輪控制器調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻進(jìn)行控制，這種控制方式速度調(diào)節(jié)不平順，對電機的損壞也是明顯的，所以需要定期進(jìn)行更換，這就使得他的經(jīng)濟(jì)性能比較差。起重機主要使用變頻器驅(qū)動交流變頻電機，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，通用性強，大大提升了起重機的經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性。同時Acs變頻器與交流電機的配合使用，還具有以下優(yōu)點：

（1）調(diào)速范圍寬。較寬的調(diào)速范圍可以使得系統(tǒng)的控制精度大大增加，其工作點更加穩(wěn)定，能更加精確的控制起重機工作。

（2）有較大的啟動轉(zhuǎn)矩。較大的啟動轉(zhuǎn)矩能夠提高起重機控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使得起重機控制系統(tǒng)能夠快速啟以響應(yīng)外界輸入。

（3）緊急制動保護(hù)。在電動機的輸入速度為零時，電動機依然能夠保證額定轉(zhuǎn)矩輸出，可以使得起重機的制動系統(tǒng)失靈時，起到緊急制動的效果，從而使重物不會輕易掉落，提高工作的安全可靠性。

（4）啟動和停止時較緩。速度較緩的啟動和停止可以有效降低起重機在啟動和停止時的機械沖擊，從而降低對起重機損傷，延長起重機的使用壽命。

（5）便于檢修。Acs變頻器具有多重接口，可以對其進(jìn)行電腦監(jiān)控，實時報告變頻器的工作狀況，一旦發(fā)生問題，可以及時進(jìn)行檢修[2]。

3 Acs800變頻器在起重機中的應(yīng)用

3.1 Acs800變頻器控制盤應(yīng)用

Acs800系列變頻器具有功能全面的系統(tǒng)控制盤，通過液晶顯示屏和按鍵實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的組成，在控制盤中設(shè)有四種操作模式按鍵，在結(jié)合起重機使用的過程中，可以進(jìn)入實際信號顯示模式對系統(tǒng)目前的工作情況進(jìn)行顯示，可以進(jìn)入?yún)?shù)模式，設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)組，同時還可以進(jìn)入功能模式，傳動選擇模式控制系統(tǒng)工作方式，對于傳動控制鍵，可以實現(xiàn)起重機的多種運行，包括起重機的啟動、停止、以及對于需要設(shè)置的參數(shù)的激活，起重機工作電機的正反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)問題時進(jìn)行一鍵復(fù)位，還具有進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和本地控制切換的功能，實現(xiàn)對起重機的靈活控制，在信號顯示時，可以選擇不同的信號顯示，除了在正常情況下反映實際信號，還可以在出現(xiàn)故障時，顯示系統(tǒng)的故障信號，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，在參數(shù)選擇模式下，可以對既定的參數(shù)進(jìn)行改變，通過速度的控制按鍵進(jìn)行參數(shù)模式變化速率的選擇，在功能模式選擇中，可以通過顯示器呈現(xiàn)當(dāng)前的電機轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)，功能列表，如加速控制、應(yīng)用程序選擇等，可以選擇傳動單元的模式，同時，在選擇工作模式的過程中，還兼具顯示狀態(tài)的功能，可以顯示傳動單元的ID號，以及當(dāng)前的控制狀態(tài)、傳動方向、傳動給定電機轉(zhuǎn)速、傳動單元狀態(tài)等數(shù)字信息。還可以在起重機電機出現(xiàn)故障時進(jìn)行警告和提示，通過傳動單元檢測可以查找故障信息，進(jìn)行信號的發(fā)送，并對故障進(jìn)行記錄，為后續(xù)的維修和現(xiàn)場還原提供依據(jù)。在參數(shù)模式下，可以查看系統(tǒng)當(dāng)前的參數(shù)值，以及對當(dāng)前的參數(shù)值進(jìn)行改變，在功能模式中，可以通過運行向?qū)С绦颍峁┫到y(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有的工作模式的說明和建議，進(jìn)行傳動單元的設(shè)置，同時將參數(shù)值和電機的額定轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)上傳，在液晶屏上顯示，上傳到控制盤，再傳送到傳動單元中，進(jìn)行功能的調(diào)節(jié)。需要注意的是在起重機電機處于鎖定模式的狀態(tài)下，不可以通過啟動向?qū)нM(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，同時可以調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，適應(yīng)不同的工作環(huán)境[3]。

3.2 Acs800變頻器程序控制功能

Acs800系列變頻器程序中具有多重功能，可供用戶進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置、實際信號值測量，故障信息報警等。首先，Acs800具有詳細(xì)具體的啟動向?qū)В糜谠谠O(shè)置工作狀態(tài)環(huán)節(jié)參考，可以提供一定的指導(dǎo)幫助用戶定義正確的參數(shù)范圍，同時進(jìn)行參數(shù)的輸入，具有自動檢測功能，檢測所有的參數(shù)輸入后是否有效，可以滿足系統(tǒng)的安全運行，在啟動向?qū)е羞€設(shè)有批量的任務(wù)項目，可以根據(jù)向?qū)У闹悄芴崾?，進(jìn)行選擇需要執(zhí)行的任務(wù)，注意，向?qū)庸δ芡ǔ？梢宰鳛閰⒖?，但在特定的工作情況下，或操作人員熟練掌握操作環(huán)節(jié)的情況下，可以進(jìn)行自定義設(shè)置，為整個系統(tǒng)的靈活性提供保證。通常在設(shè)置參數(shù)過程中包含從硬件到軟件、從穩(wěn)態(tài)參數(shù)到靜態(tài)參數(shù)的全過程設(shè)置，可以對電機的轉(zhuǎn)速、定子轉(zhuǎn)子電阻等參數(shù)進(jìn)行輸入，并以此進(jìn)行辨識電機的承受工作范圍，此外，可以對軟件進(jìn)行設(shè)置，變頻器內(nèi)部含有可編程設(shè)備，可以定義宏程序，當(dāng)需要執(zhí)行時，通過調(diào)用指令插入程序進(jìn)行編程。同時對于傳動結(jié)構(gòu)也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過速度控制模塊進(jìn)行電機轉(zhuǎn)速的允許范圍以及加速和減速的時間設(shè)置，同時可以定義轉(zhuǎn)矩控制的工作，通過控制轉(zhuǎn)矩的額定值、極限值等定義常規(guī)工作狀態(tài)，并定義轉(zhuǎn)矩的上升和下降時間[4]。Acs800變頻器還設(shè)有控制器環(huán)節(jié)，可以通過PID控制器對系統(tǒng)的工作性能進(jìn)行改善，通過調(diào)整比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的參數(shù)有效地調(diào)整系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能，同時電路中設(shè)有保護(hù)環(huán)節(jié)，可以有效地提供轉(zhuǎn)矩和電流的過載保護(hù)，避免安全事故的發(fā)生，同時該變頻器兼有本地控制和外部控制的兩種控制方式，可以通過接受控制盤發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對變頻器的本地控制，實施的觀測系統(tǒng)的運行狀況，也可以接受來自數(shù)字模擬輸入口的信號，通過AD/DA轉(zhuǎn)換實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換，通過系統(tǒng)總線和現(xiàn)場總線的聯(lián)接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號格式的統(tǒng)一，設(shè)置統(tǒng)一的通訊協(xié)議，實現(xiàn)和計算機端的數(shù)據(jù)交流。對于外部控制過程中，通過計算機或單片機設(shè)有的I/O端口進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)信號、控制信號、狀態(tài)信號，通過對于總線的不同功能定義進(jìn)行分工設(shè)置，也可以將外部控制源設(shè)置為控制盤信號，實現(xiàn)控制模式的靈活轉(zhuǎn)換[5]。同時傳動單元可以通過接受外部給定信號進(jìn)行調(diào)整，可以接受雙極性的模擬速度給定信號，也可以實現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)的輸入信號，并且可以在內(nèi)部的基本數(shù)學(xué)功能，可以有效地調(diào)節(jié)速度的變化，實現(xiàn)對于傳動結(jié)構(gòu)的靈活控制。也可以通過控制器和具有數(shù)據(jù)選擇功能的編程模塊進(jìn)行結(jié)合，對于給定信號進(jìn)行自主的修正，避免出現(xiàn)輸入錯誤時導(dǎo)致的安全問題或運行故障，也可以通過濾波環(huán)節(jié)過濾掉信號輸入過程中的干擾，如因為按鍵抖動造成的按鍵重復(fù)和延遲，通常設(shè)置有消抖程序進(jìn)行過濾，避免操作不當(dāng)帶來的影響，實現(xiàn)對于起重機的安全控制。

4 結(jié)語

通過控制電路加入變頻器實現(xiàn)無級調(diào)速，可以有效地增加控制器的準(zhǔn)確性，節(jié)省一定的外部設(shè)備聯(lián)接，在提供足夠的轉(zhuǎn)矩情況下，有效地實現(xiàn)節(jié)能效果，符合國家綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，提升起重機控制精確度的同時，有助于推進(jìn)起重機行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。