起重机变频调速系统与常规控制方按比较

浅谈起重机的PLC变频调速系统应用摘要:起重机是工业生产中不可或缺的机械设备之一,它有着无可取代的地位。

在整个起重机上,起升机构是其最重要的组成部分,该机构的调速性能对起重机的工作性能有着直接影响。

以往传统的起重机多采用的是调速控制系统,这种系统存在可靠性低、工作效率不高等缺点,从而使起重机的整体工作性能受到了极大的制约。

为了有效地提高起重机的工作效率和可靠性,可将PLC变频调速系统应用到起重机上。

基于此点,本文就起重机的PLC变频调速系统应用进行浅谈。

关键词:起重机PLC 变频调速系统1 PLC及变频调速系统的具体特点1.1 PLC的特点PLC即可编程控制器,从广义的角度上讲,它也属于一种计算机系统。

下面简要介绍一下PLC的各部分功能及特点。

(1)微处理器。

这是PLC的主要组成部件之一,也可以说是整个系统的核心,正是因为这一部件,才使PLC具备了编程和数据处理能力。

在PLC的每一个循环当中,微处理器能够对故障进行自动诊断,并且还能够完成系统管理等工作。

(2)存储器。

虽然CPU模板本身具有一定的内存,但对于用户来讲,这部分内存的容量是远远不够的,因此,PLC都具备存储器可扩展功能。

(3)I/O接口。

目前,PLC常用的I/O接口主要有数字接口、模拟量接口、扩展接口以及智能I/O接口等。

无论是哪一种接口其主要作用都是信号传输和通讯,并以此来实现控制功能。

(4)编程器。

它最主要的作用就是为用户提供输入和调试应用程序之用。

常见的编程器有两种,一种是带有显示器的,另一种则是简易的。

1.2 变频调速系统的特点由于变频调速系统所采用的核心技术为计算机和电力电子技术,故此其具有如下优点:(1)无论系统处于高速还是低速运转的状态下,它的转差功率都能够始终保持不变,从而使其工作效率更高。

(2)由于变频器采用的是无任何触点的电力电子元器件,从而有效地节省了继电保护器和接触器,也使外部的接线得以简化,控制设备的体积也进一步缩小。

起重机变频调速系统与常规控制方按比较起重机电控变频调速系统与常规控制设计方案比较（40T龙门吊）一、技术可行性（一）常规控制系统存在的问题在国内，起重机设备上电气传动以前普遍采用绕线型异步电动机转子串多级电阻的调速，即常规控制，门式起重机是最主要的装卸作业设备，它担负着集装箱、大型包装箱和成捆货物的装卸任务，对其安全性、可靠性要求很高。

目前龙门式起重机主要采用主付钩两套卷扬系统，由于电气传动调速和控制方式的落后，存在有以下问题：1、系统可靠性不高，绕线式异步电机对滑差要求较高，而且其调速精度受机械部分的限制，调速范围小。

2、安全性能差，系统运行不平稳，空中定位差，事故隐患大，3、能量浪费严重，成本较高。

采用电阻调速，能量完全消耗在电阻上，浪费严重。

4、故障多，维修量大，主要有以下几方面：（1）采用绕线式异步电机，结构比笼式电机复杂得多，尤其是转子滑环部分，经常出现烧坏的现象，而且维修很不方便。

（2）系统采用串电阻调速，电机、机械传动部件工作时冲击大，电机及电气系统过热、传动部件磨损、断轴、切齿情况严重，故障多，影响门吊的安全、可靠性，从而影响门吊的装卸作业和机械使用效率，增加维修成本降低经济效益。

（3）系统的电气系统采用分立电器元件，接线复杂，再加上部分元器件质量不过关，容易发生故障，影响门吊的安全作业。

5、司机违章操作不可避免，主要在主、付钩起升或下降过程中，靠打反档代替制动的现象时有发生，影响门吊传动部件、制动系统的可靠性，故障频繁。

同时，门吊的作业过程中存在较大的人身、机械和货物的安全隐患.因此,常规传动调速及控制已越来越不适应提高工作效率,降低作业成本,提高安全性可靠性和适应集装箱发展的需要,现在的起重机较少采用.（二）变频控制系统的特点起重机电气传动系统采用目前为止国际上先进的计算机总线控制方案，即“彩色触摸屏+PLC+变频调速”,以实现整机监控,是一种趋势,PLC实时自动控制及优良的变频调速功能,能实现平稳操作,提高运行效益,改善超荷作业,消除制动冲击,减少电气维护,降低电能消耗,提高功率因数均可取得良好的实效.采用现代的交流变频调速和可编程控制技术,使系统会具有如下功能:1)彩色触摸屏随时监测吊具的高度和高差及各机构的运行装状态,在卷筒上安装光电编码器,组成矢量闭环控制系统,将信号反馈至PLC,由PLC来控制和确保起升位置与速度的同步性能;2)能实现系统的软启动,低速稳定运行,软停止,降低了机械传动的冲击,明显改善钢结构性能.3)调速范围宽,可实现定位精确度高的性能.4)高集成度组件及高可靠性的低压电器,有效解决原串电阻调速接线复杂问题,降低了系统故障率.5)无级调速,高传动效率98%,几近于1的Cos∮值;6)零速时满转矩输出,即使制动器松动或失灵时也不出现重物下滑,确保系统安全可靠.7)具有快速的动态响应,不会出现溜钩,并真正实现零速交叉”功能,8)具有与起重机操作相适配的相应软件9)通过人机界面进行系统故障自检功能,大幅度地减少维修时间和费用10)具有多重接口,能方便实现电子网络控制和监测11)采用变频调速控制以后可以完全杜绝司机违规操作.(三)变频控制系统的设计集装箱龙门吊系统分为升降、大车运行和小车运行三部分,采用日本安川616G5A系列起重机专用变频器和日本三菱可编程控制器,进口或国产低压元器件组成的控制系统, 日本安川616G5A系列起重机专用变频器具有如下特点;a、具有全程磁通矢量控制点,具有可靠的力矩控制,采用磁通检测和神经网络控制技术,直接控制电机的力矩，当采用PG闭环控制时，可以提供埝零速全转矩控制。

起重机调速系统中的变频调速技术分析与研究文章在阐述变频调速技术在起重机调速系统中应用特点和基本构造的基础上，具体分析起重机调速系统中的变频调速技术的应用，旨在进一步提升电气化设备的应用性能和效率，优化起重机工作性能。

标签：起重机；调速系统；变频调速技术变频调速技术是一种高效率的技术，在应用的过程中运行可靠、维护费用少、线路简单、监测功能良好，被人们广泛的应用到工业企业中，为起重机大范围、高质量调速操作提供了重要支持，对优化交流调速系统的性能起到了重要作用。

1 变频调速技术概述1.1 原理变频调速技术原理是根据电机转速和工作电源输入频率正比关系n =60 f （1-s）/p（n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作原理来提高电机转速。

变频器的设计结合了交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术。

1.2 主要构成变频调试器的主要交换环节分为交一交变频器和交一直一交变频器两种，其中，交一直一交变频器的主电路如图一所示。

1.3 特点1.3.1 調速范围大、性能良好起重机中的调速变频器拥有专门的模块设计，能够适应各种环境，总体集成度较高，并通过闭环控制提升了变频调速系统的高效性和可靠性。

1.3.2 有效改善了起重机调速系统结构受力状态变频器应用到起重机调速系统中能够进一步增强起动机启动和制动的稳定，减少了应用过程中所受的冲击，有效改善了起重机的受力状态。

1.3.3 结构简单，方便维护起重机调速系统中的变频调速技术设计合理，具有过流保护和接地保护的功能，且系统经过升级之后通过减轻起重机重量有效改善了钢结构的受力情况。

第四，安全性能良好。

起重机是一种闭环矢量控制工作，在应用的时候具备零速转矩功能，在发生系统故障的时候，变频器会通过增大输出转矩来提高系统本身安全性。

2 变频调速技术在起重机调速系统中的应用在一般情况下，起重机调速系统主要由电控设备、机械设备、异步电动机共同组成。

起重机变频调速系统说明传统电动双梁吊钩桥式起重机是通过鼓形凸轮控制器调节串接在绕线式电机转子中的电阻，改变电机固有特性曲线，进而达到调速目的，以满足工作速度和保证安装定位。

缺点是速度变化大、中间速不稳定，使得起重机运行效率低、功耗大、性能不稳定，另外电机滑环、碳刷磨损大，维修费用高。

随着电力电子技术的发展，具备微电脑技术、PWM技术及矢量变换技术和能量回馈技术的起重机专用变频器的出现，使新一代电动双梁吊钩桥式起重机变频器调速系统方案完全成熟。

电动双梁吊钩桥式起重机各有独立的调速系统。

其中主钩、副钩是重力性负载，要求恒力矩，位能变化大，须四象限运行，性能要求高，调速系统最为复杂。

电动双梁吊钩桥式起重机起动转矩大，低速时大力矩输出，负载变化剧烈。

而一般V/F控制、转差频率控制的变频器无法满足其要求。

因为磁通矢量控制方式是将定子电流分解成产生磁场的电流分量和与磁场相垂直产生转矩的电流分量，分别进行任意控制，二者合成的定子电流供给电动机，因而采用磁通矢量控制方式的变频器，调速范围宽、过流抑制能力强、转矩控制性能好，尤其可以控制静止转矩，满足起重机的要求。

当电动双梁吊钩桥式起重机的主钩电动机快速制动或带一位能负载时，电动机工作于发电状态，电动机转子轴上的动能或负载上的势能将转变为电能，使系统能耗大、变频器直流端口产生很高的泵升电压，制动力矩偏小，因此要求系统主电路具备能量回馈再生制动功能，将电动机转子轴上的动能和负载上的势能转变为电能回馈到电网，才能提高节能效果，获得较大的制动力矩，并能满足主钩电机四象限运行的要求。

【起升机构】变频器使用全矢量闭环控制方式，变频器内的PG卡是变频器的选用件，专用于带脉冲编码器反馈的闭环控制系统。

电源电压由断路器，经主电源接触器，进线侧电抗器送入变频器。

PLC为可编程控制器，其输入部分来自主令控制器，限位信号、保护信号以及变频器输出的反馈信号，包括力矩信号、零速信号、超速信号、故障信号，从而进行逻辑运算和控制。

起重机调速系统中的变频调速技术分析与研究图1 “交流-直流-交流”变频器结构示意图（1）调速范围大。

在“交流-直流-交流”变频器内部有专门的模块化设计，具有很强的环境适应性，且集成度非常高，将其应用到起重机调速系统中可以实现闭环控制，从而提升调速的可靠性，可按照现场生产需求，随意修改起重机运行中各档位的速度值，实现无极调速。

（2）可有效改善变频器的受力结构。

变频调速技术可实现软启动和软停止，应用到起重机调速系统中，可大幅提升起重机启动和制动的稳定性，从而减少对吊运货物造成的影响。

（3）结构简单容易维护。

将变频调速技术应用到起重机调速系统中，可让起重机调速系统同时具有过流图1 一种基于组合算法的烟机设备健康度评价体系健康度。

起重机调速系统中的变频调速技术，分析研究结果表明，起重机调速系统具有很强的综合性和技术性，且影响调速效果的因素比较多。

传统调速技术存在一定的局限性，难以满足对码头起重机对无极调速的要求。

变频调速技术融合了很多先进的技术，具有自动化调速、自我诊断、自我修复等一系列功能。

将其应用到起重机调速系统中，可实现对整个调速系统的有效控制，从而保证起重机的允许速度，始终处于安全、可控的状态。

参考文献：[1]曹夏.起重机调速系统中的变频调速技术与研究[J].中国设备工程,2022(20):193-195.[2]霍枝华.起重机调速系统变频调速技术分析[J].电子测试,2022,36(08):116-117+123.[3]周威.门式起重机变频调速系统控制策略的研究[J].起重运输机械,2022(07):50-54.。

变频调速技术在起重机调速系统中的应用-管理资料交流变频调速技术在工业企业的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量调速提供了全新方案，。

它具有和直流调速系统相媲美的高性能调速指标，可采用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机进行调速，并且变频调速系统的效率高于传统的交流调速，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统交流调速系统有较大的提高。

一、变频调速系统主要特点1. 明显改善结构受力状态。

由于变频器具有软启动、软停止的功能，所以起重机启动、制动相对平稳，对起重机的传动机构、钢结构的冲击明显减小。

经检测证实，变频调速控制系统的应用可大大改善起重机结构的受力状态。

2.调速范围宽，性能好。

起重机专用的变频器一般具有很强的环境适应性，由于变频器内部进行了模块化设计，集成度高，可靠性强。

系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优良的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。

操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。

3.结构简单、可靠性高、易维护。

变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构简单，检修方便。

尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。

系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。

变频调速控制系统还具有自诊断功能，通过同PLC的通信来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。

4.提高工作效率和减小机械磨损。

起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、副钩、主钩等多挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可大大提高起重机的作业效率。

同时由于变频器采用软启动和软制动，不仅减小了对钢结构的冲击，还减轻了制动轮与刹车片间的磨损。

起重机工作速度的控制方案与原理起重机是一种用于吊装和运输重物的机械设备，广泛应用于建筑、船舶、工厂等领域。

在起重机的运行过程中，控制机构对工作速度的控制起着至关重要的作用。

本文将介绍起重机工作速度的控制方案以及其原理。

一、起重机工作速度的控制方案1. 液压控制方案液压控制是起重机控制工作速度的一种常见方案。

起重机通过控制液压机构的工作状态，实现速度的调节和控制。

起重机液压系统通常包括油泵、阀组以及液压缸等组件。

控制液压油的流量和压力可以精确地控制起重机的工作速度。

2. 电气控制方案电气控制是另一种常用的起重机工作速度控制方案。

起重机通过控制电机的转速和绕组的电流来实现速度的调节和控制。

在电气控制系统中，通常包括变频器、PLC控制器以及电气元件等组件。

利用电气控制可以实现起重机的精确控制和调速。

3. 机械传动方案机械传动也是一种常见的起重机工作速度控制方案。

通过改变传动装置（如齿轮、皮带等）的传动比例，可以实现起重机工作速度的控制。

机械传动方案通常结构简单、可靠性高，但调速范围相对较小。

二、起重机工作速度控制原理1. 液压控制原理液压控制的基本原理是利用液压系统中的液体传递压力和流量，控制液压缸的运动速度。

液压控制系统通常由液压泵、阀门、液压缸等组成。

通过调节液压泵的排量、阀门的开启度和液压缸的工作面积等参数，可以实现起重机工作速度的控制。

2. 电气控制原理电气控制的基本原理是利用电气元件的特性，通过控制电机的转速和电流来实现起重机工作速度的调节。

电气控制系统通常由电机、变频器、PLC控制器等组成。

通过调节电机的供电电压、频率和电流等参数，可以实现起重机的准确控制。

3. 机械传动原理机械传动的基本原理是利用机械装置的传动比例，改变输入和输出的速度比，从而实现起重机工作速度的控制。

机械传动通常由齿轮、皮带、链条等组成。

通过改变齿轮副的传动比例、调整皮带的拉紧程度等方式，可以实现起重机的速度调节。

三、起重机工作速度的优化控制为了进一步提高起重机工作速度的控制精度和效果，可以采用以下措施：1. 采用闭环控制闭环控制是一种通过反馈信号来控制输出的控制方式。

Application of Mechanics-electronics Technology2019年10月下起重机调速系统变频调速技术分析龚籽豪（邵阳学院电气工程学院，湖南 邵阳 422004）摘　要：随着社会经济的发展，土木工程大幅度开展，作为在施工环节起到主要作用的起重机，其运作系统和使用情况在一定程度上影响工程的施工，从而影响整个工程。

起重机的调速系统影响起重机的功能和耗能情况。

文章重点对如何将变频调速技术巧妙应用到起重机调速系统中进行了分析，供参考。

关键词：起重机；调速系统；变频调速技术中图分类号：TH21 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）20-0158-01——————————————作者简介： 龚籽豪（1996—），男，四川攀枝花人，本科，研究方向：自动化。

起重机调速系统中的变频调速技术是以电气化设备为核心的一门技术。

它不同于传统的直流调速系统，变频调速技术对调速系统的功能和结构进行了优化，使得起重机的安全性和效率性都有所提高,也增加了工作的可靠性，为交流电动机在起重机的应用上发挥作用提供了条件。

1 变频调速技术的原理和特点1.1 变频调速技术的原理变频调速就是通过电机的转动速度和工作电源输入频率之间的关系，对工作电源的输入频率进行控制，能灵活掌握电动机的转速情况并加以控制，使得电机能满足工程对电动机转速的需要，扩大了电机的适用范围。

变频器的设计是既融入交流又没有丢掉直流，而是将二者巧妙地进行了融合，并通过电力控制和计算机信息技术的辅助来完成。

1.2 变频调速技术的特点变频调速技术具有四方面显著的特点：1）变频调速技术的调速范围有所扩大，调速变频器可以适应各种环境。

不仅如此，起重机中的变频调速系统通过闭环控制使得其既有完成任务的高效性又有可靠性。

2）调速变频器有效的改善了起重机调速系统中的结构受力，减小了运行过程的冲击力，使得起重机在启动时可以更加的稳定。

起重机调速方案的分析与比较随着技术的进步，起重机的性能也在不断地提高与更新，其中以起重机调速为显著特点。

本文对几种常用的起重机调速方案进行了比较，分析了不同调速方案的性能特点与适用范围，并结合优缺点提出了各方案的采用建议。

标签：起重机；调速方案；性能特点；比较1 引言起重机在物料起重、运输、装卸等工作中使用较多，可以极大地减少体力劳动，提高工业生产的效率。

起重机常在高温的环境下工作，并且需要多次间断使用，因此电动机启动、制动频率较高，同时常承受较大载重和冲击。

为提高起重机性能，在传统的起重机调速方案基础上，又提出了多种调速方式以供选择。

本文对绕线式异步电动机转子串电阻调速和变频调速进行了详细的阐述，并与其他调速方案进行了比较分析，以结合各自优缺点提出采用建议。

2 绕线式异步电动机转子串电阻调速2.1 工作原理绕线式异步电动机转子串电阻调速是一种传统的调速方式，其工作原理是通过集电环和电刷在转子回路中串入若干段电阻，电阻数目由接触器控制，由此控制转速。

2.2 功率分析2.3 性能特点与适用范围由功率分析可以看出，电磁功率中的功率损耗占比很大。

转子的外接电阻消耗能量使转速下降，转速越低，机械特性越软。

此方案结构简单，投资及维修成本较低，主要适用于通用桥式起重机的主控电路。

3 变频调速随着科技的进步，大规模集成电路、矢量变换等技术已较好地应用到变频器上，也使得变频调速的方案在起重机上有了较成熟的应用。

3.1 工作原理交流变频调速系统的工作原理是通过均匀改变供电频率以改变电动机的转速，实现鼠笼式异步电动机的速度调整。

调速系统的组成如图2所示。

如图2所示，通过操作按钮和主令控制器将电动机正反转、调速等指令传入PLC，信息通过PLC向变频器发出起停、调速指令，变频器调节频率控制电机的转速和方向，使电机的转速连续变化。

3.2 功率分析3.3 性能特点与适用范围由功率分析可以看出，变频调速的功率损耗较小，同时调速范围大，可实现无级调速，可减小起重机起制动的冲击，使起重机速度变化连续，机械特性很硬。