機(jī)構(gòu)切換技術(shù)在起重機(jī)變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用

王艷超，李海寬，郭 華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鋼部，河北 唐山 063200）

起重機(jī)作為一種重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是鋼鐵冶金企業(yè)的冶金鑄造吊起重機(jī)。對(duì)于起重機(jī)起升、平移機(jī)構(gòu)的控制。需要從控制精度、速度等方面綜合考慮。對(duì)比于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等傳統(tǒng)調(diào)速方式，變頻調(diào)速以優(yōu)異的調(diào)速、啟停、制動(dòng)性能，高功率因數(shù)、高效率和高節(jié)能率的效果，愈加廣泛的適用范圍在現(xiàn)今工業(yè)應(yīng)用中得到廣泛認(rèn)可。目前，越來越多的冶金起重機(jī)控制方式開始向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)變，以程序控制替代繼電器——接觸器控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的半自動(dòng)化或自動(dòng)化控制[1]。

1 480T天車變頻控制原理

首鋼京唐公司煉鋼部有10臺(tái)480T冶金鑄造吊起重機(jī)，主要從事煉鋼廠內(nèi)鋼包、鐵包的吊運(yùn)、上料等作業(yè)。對(duì)于整體煉鋼廠內(nèi)的冶金物流起到了至關(guān)重要的作用。480T天車使用變頻器進(jìn)行電氣傳動(dòng)，采用電壓源型交－直－交的主回路結(jié)構(gòu)。由2臺(tái)1200KW西門子6SE70系列AFE整流裝置和8臺(tái)西門子6SE70逆變器驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。1#AFE為1#主起升、1#主小車、副起升、1#大車共4臺(tái)逆變器提供公共的DC總線；2#AFE為2#主起升、2#主小車、副小車、2#大車逆變器共4臺(tái)逆變器提供公共的DC總線。

西門子6SE70變頻調(diào)速器系列產(chǎn)品是西門子在低壓領(lǐng)域推出的較為高檔的變頻調(diào)速產(chǎn)品，90年代初期推出后，歷經(jīng)30年發(fā)展，品種齊全，性能優(yōu)良，其調(diào)速原理如下圖1。

圖1 變頻器調(diào)速原理

當(dāng)正常工作時(shí)，電能由三相電網(wǎng)流向電動(dòng)機(jī)負(fù)載，將電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，此時(shí)電能由電網(wǎng)經(jīng)過變頻裝置中的整流裝置向直流母線上電容器充電。同時(shí)逆變器IGBT在CUVC的控制下進(jìn)行觸發(fā)。以矢量控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)在變頻調(diào)速的減速過程中，負(fù)載的慣性作用會(huì)使得電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伣o三相電網(wǎng)（如非AFE結(jié)構(gòu)一般需要連接制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻），此時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能經(jīng)逆變器向中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能電容充電，使得中間環(huán)節(jié)上直流母線的電壓升高，經(jīng)整流器將能量饋入三相交流電網(wǎng)。綜上所述，AFE結(jié)構(gòu)變頻器實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

2 機(jī)構(gòu)間切換的電氣原理及聯(lián)鎖保護(hù)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工序的需求，當(dāng)單一逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，不影響整體設(shè)備運(yùn)行。因主起升、主小車、大車機(jī)構(gòu)均為雙逆變器，當(dāng)單一逆變器出現(xiàn)問題后，可使用單機(jī)運(yùn)行模式，即單一逆變器工作運(yùn)行且速度減半的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，但副起升、副小車逆變器僅由一臺(tái)逆變器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)單逆變器運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用機(jī)構(gòu)間切換的方法來滿足當(dāng)副起升、副小車逆變器故障時(shí)，副起升、副小車機(jī)構(gòu)仍能正常工作運(yùn)行，其電氣原理圖如圖2。

圖2 機(jī)構(gòu)間切換電氣原理圖

以副起升機(jī)構(gòu)為例，當(dāng)副起升逆變器INV41（315kw）出現(xiàn)故障時(shí)，將大車變頻器打成2#大車逆變器INV52單機(jī)運(yùn)行。將K4、K5開關(guān)斷開，將K45開關(guān)閉合，從而實(shí)現(xiàn)1#大車逆變器INV51（315kw）拖動(dòng)副起升電機(jī)運(yùn)行，使得副起升機(jī)構(gòu)能正常動(dòng)作。同時(shí)需在1#大車逆變器上增加SBP增量式編碼器板，控制柜內(nèi)增加DTI數(shù)字版。SBP增量式編碼器板的作用是將副起升電機(jī)脈沖編碼器連接到1#大車逆變器上，由于此時(shí)1#大車逆變器CUVC電路板上的編碼器信號(hào)端口已被大車電機(jī)編碼器占用，故需增加SBP電路板。DTI數(shù)字電路板的作用是把由編碼器輸出信號(hào)整形成方波，然后傳輸給CUVC板，其次可將一個(gè)編碼器信號(hào)分別傳輸給副起升與1#大車逆變器。

3 機(jī)構(gòu)間切換的參數(shù)及程序設(shè)計(jì)

西門子6SE70系列變頻器內(nèi)存在電機(jī)參數(shù)組，電機(jī)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器同所連接的電機(jī)相匹配，也能匹配實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)控制方式。電機(jī)參數(shù)組可有4個(gè)標(biāo)號(hào)，參數(shù)組的每個(gè)參數(shù)標(biāo)號(hào)下能存儲(chǔ)一個(gè)參數(shù)值，所以能存儲(chǔ)總共4套電機(jī)參數(shù)[2]。各個(gè)電機(jī)數(shù)據(jù)組在控制字2中的位18與19來選擇(P578.B和P579.B)?，F(xiàn)場(chǎng)P578.1=B662，P579.1=0。B662由U272進(jìn)行選擇控制，最終由K3003控制，K3003由程序給定。其功能圖控制如圖3。

圖3 機(jī)構(gòu)間切換原理參數(shù)功能圖

大車/副起升切換通過判斷主回路接觸器的狀態(tài)來進(jìn)行，而不是通過切換開關(guān)的狀態(tài)來判斷的。在大車機(jī)構(gòu)、主起升和副起升機(jī)構(gòu)手柄零位的情況下，1#大車電機(jī)主接觸器K2、副起升電機(jī)主接觸器K1閉合、切換接觸器KA1斷開，這時(shí)M6.6為1，程序含義為選擇副起升正常操作。如果1#大車電機(jī)主接觸器K2斷開、副起升電機(jī)主接觸器K1斷開，或切換接觸器KA1閉合，這三種情況任意一種情況發(fā)生，則M6.6復(fù)位為0。程序如圖4中左圖所示。在大車機(jī)構(gòu)、主起升和副起升機(jī)構(gòu)手柄零位的情況下，1#大車電機(jī)主接觸器K2、副起升電機(jī)主接觸器K1斷開，并且切換接觸器KA1閉合，這時(shí)M8.0為1，程序含義為選擇副起升緊急操作。如果1#大車電機(jī)主接觸器K2閉合、副起升電機(jī)主接觸器K1閉合，或者切換接觸器KA1斷開這三種情況任意一種情況發(fā)生，則M8.0復(fù)位為0。程序如圖4中右圖所示。

圖4 機(jī)構(gòu)間切換程序控制

當(dāng)選擇副起升緊急操作時(shí)，這時(shí)候如果選擇1#大車單機(jī)（M8.4=1）或選擇大車雙電機(jī)運(yùn)行（M9.0=1），則M1000.2（大車副起升切換故障）置1，使大車機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)OFF2停機(jī)，程序如圖5所示。

圖5 機(jī)構(gòu)間切換程序聯(lián)鎖保護(hù)控制

4 總結(jié)

鑄造起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)單一機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。本文介紹了一種應(yīng)用于大型鑄造起重機(jī)上的機(jī)構(gòu)運(yùn)行的方法，當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)電氣傳動(dòng)故障時(shí)，可短時(shí)間通過該方法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，能保證生產(chǎn)工序的連續(xù)性，避免因單一機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的停產(chǎn)情況發(fā)生，同時(shí)這種應(yīng)用模式可大范圍推廣到其他重點(diǎn)天車機(jī)構(gòu)的切換上，具有極大地推廣性。