應(yīng)用案例 | 變頻器在卷?yè)P(yáng)機(jī)上的應(yīng)用

一、概述 

卷?yè)P(yáng)機(jī)又叫絞車，由人們或機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)卷筒、卷繞繩索來(lái)完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜拽引重物的單起重機(jī)械。分手動(dòng)和電動(dòng)兩種。 

電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動(dòng)器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機(jī)架上。對(duì)于起升高度和裝卸量大，工作繁忙的情況下，要求調(diào)速性能好，特別要空鉤能快速下降。對(duì)安裝就位或敏感的物料，要能以微動(dòng)速度下降。 

二、傳統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的控制方式 

傳統(tǒng)的調(diào)速方法：采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來(lái)控制轉(zhuǎn)速。例如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等。 

隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備調(diào)速方法，其共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見(jiàn)，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。 

三、傳統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)控制存在的問(wèn)題 

1、串聯(lián)電阻調(diào)速，其調(diào)速變化呈跳躍狀，在加減速運(yùn)行階段均受到?jīng)_擊力作用，設(shè)備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導(dǎo)致維修量大，檢修費(fèi)用增加。 

2、串聯(lián)電阻調(diào)速范圍小，減速后停車時(shí)仍有較高轉(zhuǎn)速，對(duì)制動(dòng)器和限位開(kāi)關(guān)的調(diào)整精度要求高，且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產(chǎn)。 

3、串聯(lián)電阻調(diào)速，在起動(dòng)及減速時(shí)，大部分電能消耗在電阻器上;當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電壓下降時(shí)，力矩下降，轉(zhuǎn)差率增大，嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法啟動(dòng)，易于生產(chǎn)事故。 

4、能耗高，低速機(jī)械特性軟，因?yàn)檗D(zhuǎn)速的降低是通過(guò)轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟(jì)，而且電網(wǎng)電壓的高低對(duì)速度影響很大。 

附表：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速與變頻調(diào)速的比較

四、KE300A變頻器卷?yè)P(yáng)機(jī)控制方案 

KE300A變頻器采用的矢量控制算法，把電機(jī)定子電流按坐標(biāo)變換分解為轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁電流分量，從而實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制。與V/F控制算法相比具有低頻力矩特性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，速度控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。 

當(dāng)變頻器有0.50Hz輸出時(shí)即有180%以上的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證懸空起動(dòng)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電機(jī)力矩，并可在 1:50的速度范圍內(nèi)（1～50Hz）以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運(yùn)行。速度調(diào)速偏差小于±1%。并利用一個(gè)高速微處理器和最新一代DSP來(lái)提高響應(yīng)速度，在提升設(shè)備中對(duì)防止“滑落"很有效果，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間約0.1秒便可達(dá)到150%的轉(zhuǎn)矩。下落時(shí)，變頻器將受到較高電勢(shì)的能量釋放過(guò)程，為保證變頻器不過(guò)壓跳閘不被擊壞，需增設(shè)能耗制動(dòng)單元來(lái)保證變頻器的正常工作。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)制動(dòng)電阻與電機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分結(jié)合成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 

1）傳統(tǒng)控制的變頻改造 

1、短接繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，取消原串電阻調(diào)速方案；也可設(shè)計(jì)切換回路，將原串電阻調(diào)速方案作為備用方案。 

2、將電機(jī)抱閘系統(tǒng)獨(dú)立供電，由變頻器輔助控制。 

3、將原調(diào)速裝置改造，使其可以控制變頻器速度。 

4、將變頻器故障保護(hù)信號(hào)串入安全回路。 

1）該方案改造簡(jiǎn)單設(shè)備投資少，可以很好的利用原控制系統(tǒng)，且不改變操作工人的操作習(xí)慣。它適合控制系統(tǒng)較完善的卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)變頻改造。 

2）成套卷?yè)P(yáng)機(jī)變頻控制系統(tǒng) 

1、采用KE300A變頻器作為調(diào)速系統(tǒng)核心，采用PLC作為控制系統(tǒng)核心。 

2、根據(jù)配置不同可設(shè)計(jì)多種保護(hù)。且可按需要靈活定制控制系統(tǒng)。 

根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)工藝控制要求及信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)指示，控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)，加速運(yùn)行，減速，停車等過(guò)程，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。 

（1）實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的行程監(jiān)視和位置閉環(huán)控制，具有完善的深度和速度顯示及控制功能。 

（2）實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)主回路控制器件真空化和無(wú)觸點(diǎn)化的要求，采用PLC控制，硬件配置簡(jiǎn)單，軟件編程靈活，調(diào)試方便且維護(hù)量小。同時(shí)具有良好的閉環(huán)性能。 

（3）提高卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)行的安全可靠性和控制技術(shù)水平，對(duì)降低設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度發(fā)揮著重要作用。 

（4）安全保護(hù)及聯(lián)鎖功能。安全回路閉鎖了卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行條件，只有當(dāng)外部設(shè)備運(yùn)行正常，具備開(kāi)車條件后，才允許卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，安全回路閉鎖了卷?yè)P(yáng)機(jī)的全部重故障保護(hù)信號(hào)，故障一旦發(fā)生，卷?yè)P(yáng)機(jī)立即進(jìn)入緊急制動(dòng)；排除故障后方可繼續(xù)運(yùn)行。 

（5）完善的綜合后備保護(hù)功能。 

（6）利用光電編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行速度及位置的數(shù)字化檢測(cè)和控制，提高系統(tǒng)控制精度以及可靠性。 

（7）安全回路雙冗余，至少有一路軟件安全回路，一路硬件安全回路。 

（8）PLC本身故障如“死機(jī)"“電池電壓低"“數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤"應(yīng)能可靠檢測(cè)出來(lái)并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。 

（9）一路速度檢測(cè)及深度檢測(cè)有問(wèn)題而另一路正常情況下應(yīng)能用PLC進(jìn)行限速開(kāi)車。 

（10）自動(dòng)發(fā)送位置信號(hào)，如減速、停車、定點(diǎn)、過(guò)卷信號(hào)等；重要的點(diǎn)如減速、過(guò)卷有兩路以上共同起作用。

（11）速度、深度有獨(dú)立的兩路并進(jìn)行相互比較，比較時(shí)間間隔不大于1秒，速度、深度不正確的情況下會(huì)立即采取必要的防止事故擴(kuò)大的措施。 

五、結(jié)束語(yǔ) 

KE300A變頻器以其優(yōu)異的性能，大大的提高了傳統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，減少了設(shè)備的維護(hù)工作。為卷?yè)P(yáng)機(jī)定制的控制系統(tǒng)集合了眾多安全技術(shù)和自動(dòng)控制功能，為卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備廠家提供了全套電控解決方案，也可使老舊的卷?yè)P(yáng)機(jī)煥發(fā)青春。自推出使用以來(lái)，獲得了用戶的好評(píng)，也解決了眾多機(jī)械廠家電控落后的問(wèn)題，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。