采用“變頻器、PLC”改造老式塔機的方案

關鍵詞：變頻器、可編程序控製器、塔機管理軟件

摘要：隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)科(ke)技(ji)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)和(he)可(ke)編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)器(qi)在(zai)電(dian)力(li)拖(tuo)動(dong)係(xi)統(tong)中(zhong)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)有(you)。采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)取(qu)代(dai)老(lao)式(shi)變(bian)阻(zu)調(tiao)速(su)，實(shi)現(xian)塔(ta)機(ji)電(dian)機(ji)無(wu)機(ji)調(tiao)速(su)。采(cai)用(yong)可(ke)編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)器(qi)以(yi)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)取(qu)代(dai)交(jiao)流(liu)接(jie)觸(chu)器(qi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，提(ti)高(gao)了(le)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)和(he)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，進(jin)而(er)實(shi)現(xian)了(le)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)半(ban)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)闡(chan)述(shu)了(le)采(cai)用(yong)“變頻器、PLC”改造老式塔機的方法措施。

        塔機管理軟件是基於組態軟件開發出來的塔機管理程序。可以不斷升級。運行於Windows XP/Vista係統。可同時對多台塔機進行管理。它能設置和顯示各塔機運行工況並自動保存。可以直接設置日期、各機構運行速度、升降高度、小車行程
、回轉角度等參數。如果塔機故障，軟件可自行檢測並顯示故障部位。在設備管理方麵，利用人機界麵
，建立塔機工作“自動履曆書”。它可按年、月、日、時

、分、秒自動記錄開機
、關機、工作狀況等參數。當塔機硬件安裝完成，在塔機底部A箱連接電腦（RS-485通訊）啟qi動dong管guan理li軟ruan件jian，將jiang運yun行xing數shu據ju寫xie入ru塔ta機ji控kong製zhi係xi統tong，塔ta機ji便bian按an照zhao新xin的de數shu據ju運yun行xing。根gen據ju合he同tong設she定ding塔ta機ji使shi用yong日ri期qi，到dao期qi後hou塔ta機ji係xi統tong不bu再zai啟qi動dong運yun行xing。

1
、老式塔機係統分析

        原設備電氣驅動係統分為主卷揚機、回轉、大車、小車四部分。主卷揚機由一台50KW左右的繞線轉子異步電動機驅動
、回轉和大車均由兩台2.2KW異步電動機驅動、小車由一台2.2-3KW多級異步電動機驅動。在原傳動控製中，采用轉子串接電阻的調速方式。由於工作環境差
，粉塵和有害氣體對電機的集電環、電刷和交流接觸器腐蝕性大，加上工作任務重，實際過載率高。由於衝擊電流偏大，容易造成電動機或觸頭燒壞
、電刷冒煙

、電(dian)動(dong)機(ji)及(ji)轉(zhuan)子(zi)所(suo)串(chuan)電(dian)阻(zu)燒(shao)損(sun)和(he)斷(duan)裂(lie)等(deng)故(gu)障(zhang)，影(ying)響(xiang)現(xian)場(chang)生(sheng)產(chan)和(he)安(an)全(quan)。工(gong)人(ren)維(wei)修(xiu)量(liang)和(he)生(sheng)產(chan)的(de)維(wei)修(xiu)費(fei)用(yong)也(ye)很(hen)高(gao)。並(bing)且(qie)原(yuan)調(tiao)速(su)方(fang)式(shi)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)較(jiao)差(cha)，調(tiao)速(su)不(bu)夠(gou)平(ping)穩(wen)
，所(suo)串(chuan)電(dian)阻(zu)長(chang)期(qi)發(fa)熱(re)浪(lang)費(fei)能(neng)量(liang)。綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)原(yuan)設(she)備(bei)存(cun)在(zai)的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)點(dian)如(ru)下(xia)：

（1） 拖動電動機容量大
，起動時電流對電網衝擊大。

（2） 主卷揚機
、回轉、大車、小(xiao)車(che)起(qi)動(dong)停(ting)止(zhi)速(su)度(du)過(guo)快(kuai)，而(er)且(qie)都(dou)是(shi)慣(guan)性(xing)負(fu)載(zai)，機(ji)械(xie)衝(chong)擊(ji)也(ye)較(jiao)大(da)
，機(ji)械(xie)設(she)備(bei)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)短(duan)，操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)安(an)全(quan)係(xi)數(shu)較(jiao)差(cha)
，設(she)備(bei)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)較(jiao)低(di)。

（3） 由於電動機一直在額定轉矩下工作，而每次升降的負載是變化的
，因此容易造成比較大的電能浪費。

（4） 起重機每天需要進行大量的裝卸工作
，由於繞線轉子電機調速是通過電氣驅動係統中的主要元件――交(jiao)流(liu)接(jie)觸(chu)器(qi)來(lai)接(jie)入(ru)和(he)斷(duan)開(kai)電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)子(zi)上(shang)串(chuan)接(jie)的(de)電(dian)阻(zu)，切(qie)換(huan)十(shi)分(fen)頻(pin)繁(fan)，在(zai)電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，容(rong)易(yi)燒(shao)壞(huai)觸(chu)頭(tou)。同(tong)時(shi)因(yin)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)惡(e)劣(lie)
，轉(zhuan)子(zi)回(hui)路(lu)串(chuan)接(jie)的(de)銅(tong)電(dian)阻(zu)因(yin)灰(hui)塵(chen)、設備震動等原因經常燒壞
、斷裂。因而設備故障比較高
，維修工作量比較大。同樣回轉、大車
、小車的運轉也存在上述問題。

（5） 在起重機起升的瞬間，升降電機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機或傳動機械損壞，甚至造成鋼絲繩斷裂。

（6） 為wei了le適shi應ying起qi重zhong機ji的de工gong況kuang，起qi重zhong機ji的de操cao作zuo人ren員yuan經jing常chang性xing反fan複fu操cao作zuo
，起qi重zhong機ji的de電dian器qi元yuan件jian和he電dian動dong機ji始shi終zhong處chu於yu大da電dian流liu工gong作zuo狀zhuang態tai，降jiang低di了le電dian器qi元yuan件jian和he電dian動dong機ji的de使shi用yong壽shou命ming。

（7） 起重機工作的協調性主要靠操作人員的熟練程度。由於升降、回轉、大車、小車聯動台控製器之間沒有固定的聯係
，在起重機工作時操作人員勞動強度比較大，容易疲勞
，易產生誤操作。

2.變頻器調速技術和特點

變頻調速原理

jiaoliudianyoushuruduanzijinrubianpinqihou，jingzhengliulvbobianhuanchengzhiliudian。zaitongguodianzikaiguandianluzhuanhuanweipinlvhedianyajunketiaodesanxiangjiaoliudian，ranhoulvboshuchugonggeidiandongji。

由電動機的轉速公式：n=60f/p(n是電機轉速、f為供電電源頻率
、p是電機的極對數)可知，改變供電電源頻率即可改變電機轉速。達到調速目的。

變頻器可以使普通異步電動機實現無機調速。並具有啟動電流小
、啟動平滑
、對電機具有保護功能，
、適應電源範圍寬（304－460V），無相序要求。它還具有顯著的節電效果。

2.2變頻調速控製係統的優點

bianpintiaosuxitongshitongguogaibiandiandongjidianyuanpinlvshixiantiaosu，duojizhuansuqiehuanshi
，dianjizhuansujiangzaijiasushijianhuojiansushijianneiwancheng。yinci
，jishidianjizaifanxiangzuigaosuturanqiehuandaozhengxiangzuigaosushi，dianjiyehuizaijiansushijianneijiangzhuansujiangzhi0，再在加速時間內將轉速慢慢提起。不會對電動機及如何設備產生衝擊。變頻器的加、減速時間可以分別在0～66秒任意設定。

2.2.1變頻調速控製係統的保護功能強

（1）變頻調速控製係統以其體積小
、通用性強、動態相應快
、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好
、使用方便等卓越的性能而優於以往的任何調速方式。

（2）使shi用yong變bian頻pin器qi控kong製zhi電dian動dong機ji運yun行xing，可ke以yi進jin行xing電dian機ji軟ruan啟qi動dong，而er讓rang電dian機ji具ju有you很hen快kuai的de動dong態tai響xiang應ying並bing且qie實shi現xian無wu機ji調tiao速su。另ling外wai對dui電dian機ji的de一yi些xie參can數shu做zuo到dao補bu償chang。對dui電dian源yuan的de缺que相xiang
、欠壓
、過壓
、過流等都能做到很及時，很準確的檢測
，而自動采取應變措施保護電機。

2.2.2工作可靠性顯著提高，主要有一下幾個方麵

（1）電dian磁ci製zhi動dong器qi壽shou命ming可ke大da大da延yan長chang。原yuan拖tuo動dong係xi統tong是shi在zai運yun動dong狀zhuang態tai下xia進jin行xing抱bao閘zha的de
，采cai用yong變bian頻pin調tiao速su後hou，是shi在zai基ji本ben停ting止zhi後hou進jin行xing抱bao閘zha。閘zha皮pi磨mo損sun情qing況kuang大da為wei改gai善shan。

（2）聯動台不易損壞。控製信號電流較大，屬於易損件。采用變頻調速控製係統後，聯動台屬於小信號處理（最大電流不超過2A）部分。不易損壞。

（3）控製係統故障率大為下降。原係統是由十分複雜的繼電器、交流接觸器係統進行控製，故障率較高。采用變頻調速控製係統後
，控製係統可大大簡化，可靠性大為提高。

2.2.3節能效果十分可觀

繞(rao)線(xian)轉(zhuan)子(zi)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)低(di)速(su)運(yun)行(xing)時(shi)，轉(zhuan)子(zi)回(hui)路(lu)的(de)外(wai)接(jie)電(dian)阻(zu)消(xiao)耗(hao)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)。采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)後(hou)，非(fei)但(dan)外(wai)接(jie)電(dian)阻(zu)消(xiao)耗(hao)的(de)電(dian)能(neng)可(ke)以(yi)節(jie)約(yue)，並(bing)且(qie)在(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)放(fang)下(xia)重(zhong)物(wu)時(shi)還(hai)可(ke)將(jiang)重(zhong)物(wu)釋(shi)放(fang)的(de)位(wei)能(neng)反(fan)饋(kui)給(gei)電(dian)源(yuan)。

2.2.4調速質量明顯提高

采用變頻調速控製係統後，調速範圍寬（閉環矢量型；1：1000
，矢量型；1：100）
、速度控製精度高（閉環矢量型；0.05％；矢量型；0.5％）並且調速平穩
，能夠長時間低速運行。具有很高的定位精度和運行效率。

2.2.5可簡化傳動鏈

由於可以進行無機調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，使傳動鏈結構簡單
，設計標準化。

3、可編程序控製器(PLC)

可編程序控製器（PLC）是在繼電器和計算機控製的基礎上發展起來的。它以微處理器為核心，是把自動化、計算機
、通訊技術等融為一體的新型工業自動控製裝置。采用功能強
、可靠性高、通用性好
、shiyongfangbiandekebianchengxukongzhiqizhuangzhi，shidiandongdiankongdefazhanfangxiang，shitigaogongkongxitongdianqikongzhishuipingdeyitiaoxinlu，gengshitigaochanpinzhiliangyigexingzhiyouxiaodefangfa。

控kong製zhi程cheng序xu以yi階jie梯ti圖tu軟ruan件jian編bian寫xie，在zai係xi統tong中zhong完wan成cheng塔ta機ji運yun行xing過guo程cheng控kong製zhi。輸shu出chu點dian驅qu動dong設she備bei運yun行xing


，輸shu入ru點dian讀du取qu控kong製zhi信xin號hao和he檢jian測ce設she備bei運yun行xing狀zhuang態tai，構gou成cheng閉bi環huan控kong製zhi。

4、塔機改造的控製要點

在zai塔ta機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong需xu要yao注zhu意yi的de是shi關guan於yu防fang止zhi溜liu鉤gou的de控kong製zhi。在zai電dian磁ci製zhi動dong器qi抱bao住zhu之zhi前qian和he鬆song開kai之zhi後hou的de瞬shun間jian，極ji容rong易yi發fa生sheng重zhong物wu由you停ting止zhi狀zhuang態tai下xia滑hua的de現xian象xiang
，稱cheng為wei溜liu鉤gou。

防止溜鉤的控製需要注意的關鍵問題是：

（1）電磁製動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間的，大約0.6秒（視型號和大小而定）。因而，變頻器如過早的停止輸出，將容易出現溜鉤。

（2）變頻器必須避免在電磁製動器抱閘的情況下輸出較高頻率

，以免發生“過流”而跳閘的誤動作。

為此，具體控製方法如下：

4.1重物在高空停止的控製過程

（1）設定一個“停止起始頻率”FBS
，當變頻器的工作頻率下降到FBS時，變頻器發出一個“頻率達到信號”控製電磁製動器斷電。

（2）設定一個FBS頻率的維持時間TBB，TBB長短應大於電磁製動器動作過程所需要的時間；

（3）變頻器將工作頻率下降至“0”。

4.2重物升降過程

（1）設定一個“升降起始頻率”FRD，當變頻器的工作頻率上升到FRD時
，將暫停上升。為了確保當製動器鬆開後，變頻器已經能夠控製住重物升降而不會溜鉤
，所以，在變頻器達到FRD的同時

，變頻器將開始檢測電流

，並設定檢測電流所需要的時間TRC
；

（2）當變頻器已經有足夠大的輸出電流時，將發出一個“鬆開指令”使電磁製動器開始通電；

（3）設定一個FRD頻率的維持時間TRD，TRD的長短應大於電磁製動器從通電到鬆開所需要的時間；

（4）變頻器工作頻率上升到所需頻率。

4.3變頻器零速全轉矩功能和直流製動勵磁功能

（1）0速全轉矩功能   變頻器可以在速度為0的狀