1 引言

行車是大型制造業(yè)制造車間中重要的起重設(shè)備，尤其在機(jī)械制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。行車控制中對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、安全可靠要求很高。本文主要介紹了海浦蒙特HD30系列變頻器在20噸行車上的應(yīng)用，以及在節(jié)能降耗上的成功解決方案。

2 行車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵

行車主要功能為水平面的運(yùn)動(dòng)和垂直方向的提升。行車主要包含提升機(jī)構(gòu)、大車和小車三大部分。提升機(jī)構(gòu)包含提升電機(jī)、減速箱、絞盤和滑輪組，整個(gè)提升機(jī)構(gòu)安裝在小車上，通過小車實(shí)現(xiàn)提升在橫梁方向運(yùn)動(dòng)。而大車是實(shí)現(xiàn)整個(gè)行車在車間導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，由于行車橫梁跨度大，通常大車由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

在整個(gè)行車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，提升機(jī)構(gòu)是最關(guān)鍵部分。由于行車通常自己配備制動(dòng)剎車，所以在整個(gè)控制中最核心的是實(shí)現(xiàn)變頻器轉(zhuǎn)矩輸出與剎車離合的時(shí)序控制。抱閘和開閘的時(shí)間與變頻器輸出轉(zhuǎn)矩配合是保證行車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。以往通過轉(zhuǎn)子串接電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)速，而串電阻調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，在起動(dòng)和剎車時(shí)沖擊電流和機(jī)械沖擊大，在時(shí)序控制不好的情況下容易產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。

采用海浦蒙特HD30系列變頻器將極大的改善了行車的運(yùn)行性能。

在控制靈活性方面：

變頻器運(yùn)行頻率命令由模擬量給定，大車和小車由V/f控制即可滿足行走控制要求。運(yùn)行平穩(wěn)，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)無抖動(dòng)。提升部分采用無PG矢量控制，在無編碼器情況下就能實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的提升性能。

在提升安全方面：

通過PLC協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)剎車與變頻器起停的無縫結(jié)合。在變頻器開啟運(yùn)行到1Hz時(shí)PLC控制剎車開閘，此時(shí)的變頻器已具備150%的轉(zhuǎn)矩輸出從而能平穩(wěn)的將負(fù)載提起。在停車過程中，變頻器輸出小于1Hz時(shí)PLC給定抱閘信號(hào)。此時(shí)的負(fù)載運(yùn)行速度接近停止，從而能將機(jī)械沖擊減小到最小。

在節(jié)能降耗方面：

眾所周知變頻器在控制電機(jī)變速的過程中具有優(yōu)秀的節(jié)能效果。而行車又是一個(gè)工作在不斷調(diào)速狀態(tài)下的系統(tǒng)，因此采用變頻器控制電機(jī)就能完成很好的節(jié)能目標(biāo)。

其次，在垂直提升方向我們使用能量回饋單元代替了制動(dòng)單元。在提升負(fù)載時(shí)，電機(jī)是一個(gè)耗能單元；但在下降負(fù)載時(shí)，電機(jī)由于負(fù)載的重力牽引而變成了發(fā)電機(jī)。此時(shí)變頻器內(nèi)部母線電壓升高，電流經(jīng)過電纜傳輸?shù)侥芰炕仞亞卧；仞亞卧鶕?jù)電壓值判斷是否開啟能量回饋。能量回饋單元是通過檢測變頻器母線電壓來保護(hù)變頻器同時(shí)將本來在制動(dòng)電阻上消耗的電能逆變?yōu)榻涣麟妼?shí)現(xiàn)節(jié)能。

提升方向的“變頻器+能量回饋單元”實(shí)現(xiàn)了行業(yè)中技術(shù)先進(jìn)的四象限變頻技術(shù)。對(duì)于行車提升現(xiàn)場有很好的推廣意義。在現(xiàn)場調(diào)試中提升15噸負(fù)載從1.5米高度向下釋放時(shí)平均的能量回饋在30A左右。

3 應(yīng)用解決方案

3.1 系統(tǒng)配置

現(xiàn)場共四臺(tái)交流電機(jī)，分別為兩臺(tái)5.5kW大車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一臺(tái)4kW小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及一臺(tái)22kW提升電機(jī)。電機(jī)及變頻器配套關(guān)系如表1所示。

表1 電機(jī)與變頻器配套關(guān)系

系統(tǒng)控制如圖1所示。

3.2 控制信號(hào)配線

大車驅(qū)動(dòng)變頻器、小車驅(qū)動(dòng)變頻器配線圖如圖2所示，參數(shù)設(shè)置見表2。

提升變頻器（含HDRU）配線圖如圖3所示，參數(shù)設(shè)置見表3。

3.3 參數(shù)設(shè)置

表2 大車、小車驅(qū)動(dòng)變頻器參數(shù)設(shè)置

表3 提升驅(qū)動(dòng)變頻器參數(shù)設(shè)置

3.4 調(diào)試步驟

大車驅(qū)動(dòng)變頻器調(diào)試

大車是一臺(tái)變頻器帶兩臺(tái)電機(jī)，調(diào)試時(shí)需先設(shè)置好最高運(yùn)行頻率、加減速時(shí)間以及頻率給定通道，然后單臺(tái)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)分別確認(rèn)兩臺(tái)電機(jī)的正確接線順序。這樣才能避免兩臺(tái)電機(jī)方向相反而出現(xiàn)故障。

小車驅(qū)動(dòng)變頻器調(diào)試

小車調(diào)試主要對(duì)電機(jī)最高運(yùn)行頻率、加減速時(shí)間以及頻率給定通道進(jìn)行設(shè)置，試機(jī)時(shí)還要注意控制桿指示方向與電機(jī)運(yùn)行方向是否吻合，否則需要對(duì)變頻器運(yùn)行方向進(jìn)行設(shè)置。

提升驅(qū)動(dòng)變頻器調(diào)試

提升驅(qū)動(dòng)變頻器采用的是矢量控制，因此需要先按照電機(jī)銘牌參數(shù)設(shè)置好變頻器中電機(jī)參數(shù)信息。然后需要進(jìn)行空轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)，這樣能達(dá)到優(yōu)越的矢量控制。現(xiàn)場調(diào)試表明，空轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)要效果要明顯優(yōu)于靜止自學(xué)習(xí)效果。

3.5 實(shí)際效果

整個(gè)方案接線精簡，控制簡易。試機(jī)操作提升15噸鋼件時(shí)，提升力矩充足，尤其在高速運(yùn)行時(shí)性能平穩(wěn)；在水平方向的移動(dòng)平滑，運(yùn)動(dòng)中加減速性能優(yōu)異。整個(gè)調(diào)試過程無過流、過壓等故障出現(xiàn)，機(jī)器性能得到客戶及行車設(shè)備商的充分認(rèn)可。特別是在能量回饋單元的引入，得到了客戶的極好贊賞。

4 結(jié)束語

采用矢量控制變頻器實(shí)現(xiàn)行車的提升控制，在控制靈活性和安全性方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)的有級(jí)調(diào)速方案。在提上方向上配備HDRU能量回饋單元實(shí)現(xiàn)四象限變頻控制能更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

1．深圳市海浦蒙特科技有限公司 HD30系列矢量控制變頻器用戶手冊(cè)（V1.1）

2．深圳市海浦蒙特科技有限公司 HDRU系列能量回饋單元用戶手冊(cè)（V1.0）