起重机调速系统变频调速技术分析

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。

垫　Ｑ：蛰　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏ｝ｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　饯谈变频技术在当前起重机中的应用①　盛雷军　（浙江波威钢构有限公司　浙江宁波　３１　５０００）　工业技术　摘要：通过介绍国内外起重机电气控制系统的研究现状，以及主要特点。对变频调速控制技术中几个关键问题进行了详细的分析。包　括溜钧技术，再生．４动能量处理技术，定位与防摆控制技术等，指出变频调速控制技术已成为高性能交流调速领域中备受关注和重点发展　的技术之一　关键词：起重机　变频调速　定位　防摆ＰＬＣ　中图分类号：ＴＨ１　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—０９８Ｘ（２０１１）８（ｂ）一００７８－０２　目前交流变频调速技术的应用非常广　泛，为推动起重机的发展起到了至关重要　的作用。它具有的调速性能指标很高，在工　作的过程中，可以使用工作性好，且结构简　单，维修简便的鼠笼异步电动机，而且使用　效果高效　节能。它外面的控制线路简单，　维修时候的工作量不大，保护监测的能力　很强，运行的可靠性相对传统的交流调速　系统来说，提高很大。因此，采用交流变频　调速是起重机交流调速技术发展的一个非　常重要的方向。　１变频器的组成　电机频率的控制电源设备一变频器，　组成如图ｌ所示。　主回路上有安排的人把商用电源整　流，然后再转为直流的整流部，还含有使整　流后的直流电压以及电流平滑的直流中间　回路部，还同还包括有把直流变换为所需　频率的交流的逆变部所组成。　２变频调速系统的优点　２．１有效抑制机械冲击　冲击过载荷造成的危害是由过荷载的　大小所决定的。假如平均加速度原本就比较　低，与重力加速度相比比较小，基本上没什　么危害。然而，如果比较大的话，危害也会成　比例增加。如：当平均加速度是０．５ｍ／ｓ，机械　制动所造成的瞬间加速度是他的３倍，此时过　载的相对比例是（９．８＋１．５）／９．８＝ｌ１５％，并不　是很严重。但是当加速度是２ｍ／ｓ的时候，瞬　间加速度的比例相同，此时过载荷的相对　比例是（９．８＋６）／９．８＝１６１％，同时该荷载还　是冲击荷载，他所造成的疲劳损害，要比静　载的时候大的多。　采用变频调速后，因为他的瞬间加　速度与平均加速度相差不多，因此在平　均加速度相同的前提下，此时的过载的　相对比例仅仅是１　２　５％，同时他还不是　冲击荷载，因此其危害程度也就被大大　地减轻了。因此如果起重升机构采用变　频调速技术，可以很明显地抑制有害冲　击荷载，保护设备，而且还可以提高作业　效率。　２．２结构简单，便于维修　变频调整控制系统的结构非常简单、　可靠性高而且还易于维修。它具有独立的　控制柜，系统设计的非常合理，从外观来　看，也非常简单，因此检修起来相当方便。　尤其是它的起升系统，采用一套装置实现　了原来需要两套起升控制装置的功能才能　实现的功能，大大减轻了小车的自重，同时　还明显改善了钢结构受力状况，以及增加　了小车的维修空间，非常有利干日常的保　养和维护。　系统还可以进行过流保护、短路保护、　欠压保护、过压保护、接地保护，从而大大　提高了控制、保护动作的准确性和可靠性。　同时，变频调速控制系统还能够进行自我　诊断，通过同ＰＬＣ通信实现故障实时显示，　而且还可以及时地找出处理对策，因此对　于故障的查找和维修非常方便。　图１　图２　定位与防摆控制系统的结构框图　①作者简介：盛雷军，浙江宁波，１９６６—０３，男，工程师，专业：电气。　７８　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　２．３实现机械制动控制　变频器接收到起动命令后，在收到转　矩验证成功且没有停止命令时，经过设置　的制动松开延时时间后，变频器输出制动　开启信号，制动器松开，反馈的制动确认信　号正常开启后，变频器升高输出频率至设　定值。当变频器接收到停止命令后，先电气　制动，当速度降为零后，变频器撤去机械制　动开启信号，机械制动器抱紧电机轴。　２．４提高安全性　采用变频调速系统后，机构的使用性　能平稳，高效，定位更加准确，从而使安全　性能大幅提高。　２．５延长使用寿命　由于采用变频调速系统后，电机起动　时，对电流的要求降低，电流变小，使得频　繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延　长。　３起重机变频调速控制的关键技术　根据起重机的运行特点，采用变频调　速控制时，主要必须解决以下几个方面的　关键技术。　３．１防停滞　即使在低频的情况下，转矩的输出也　是恒定的，这样，在满负载的时候，就不会　出现停滞的情况。由于变频调整系统采用　的是增量式脉冲编码器的闭环控制速度反　馈，因此保证了系统的调速的硬度，而且还　具有良好的低频转矩特性能，即使是在０Ｈｚ　的时候，电机还是可以输出１　５０％的额定转　矩。从而可以避免在低频满负载状的情况　下，带不动负载的现象的发生。　３．２防溜钩　采用变频系统后，可以有效防止机构　在满负载时在空中制动停车，同时还可以　防止再提升过程中出现溜钩的现象。制动　器与电动机之间，在货物提升或者是下降　的过程中，必须要紧密配合，因为一旦发生　抱紧到松动的转换，就会消耗时间，导致电　动机在通断电的瞬间产生转矩。采用变频　器之后，系统具有的零速全转矩功能，从而　可以有效避免溜钩现象的发生。　３．３能量再生利用　如果起升机构采用变频调速系统，那　么它在拖动位能性负载下放，或者是在平　移机构急减速、顺风运行的时候，异步电动　机就会处于再生发电状态。逆变器中的回　馈二极管，会将传动机构的机械能转换成　（下转８０页）

施工技术　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　

探讨港口起重机变频调速及节能应用　

宋荣忠　招商局重工（深圳）有限责任公司　摘要：本文主要是作者结合多年来对港口机械相关方面的工作经验，阐述了港口起重机调速系统的发展，变频调速方案及变频控制系统节能　等三个方面，可供同行参考。　１．调速系统的发展　交流电机结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便，所以被广　泛应用于生产机械电力拖动系统作为动力源。但是交流电机的起动特　性一直改进甚微，因为在恒压下直接起动的电流约为额定电流的４—７　倍，而转速要在这么短暂的时间内从零升至额定值必将产生极大的冲　击，导致拖动对象（如传动机构装置）严重磨损或损坏，在起动瞬间的　大电流还会引起电网电压降低，严重时甚至影响电网内其他设备正常　运行。由于电压突然降低电机本身起动也难以完成，极易造成电机堵　转和烧毁。　防止或减少异步电机起动瞬间大电流冲击现象，是保障电机良好　运行的首要任务。为此，设法使电机起动处于低冲击或无冲击且平滑　柔和的环境状态。各种限流起动方法便应运而生。就现今技术水准而　言，在诸多电机起动方式中变频控制为最佳。　变频调速技术是随交流电机无级调速需求诞生的。２０世纪６Ｏ年　代后半期开始，电力电子器件从ＳＣＲ（晶闸管）、ＧＴＯ（ｒ］极可关断晶　闸管）、ＢＪＴ（￣极型功率晶体管）、ＭＯＳＦＥＴ（金属氧化物半导体场效　应管）、ＳＩＴ（静电感应晶体管）、ＳＩＴＨ（静电感应晶闸管），ＭＣＴ（ＭＯＳ控　制晶体管）、ＭＣＴ（ＭＯＳ控制晶闸管）发展到今天的Ｉ　Ｇ　Ｂ　Ｔ（绝缘栅双极　型晶体管）、ＨＶＩＧＢＴ（耐高压绝缘栅双极型晶闸管），器件的更新促使　电力变换技术不断发展。从２０世纪７０年代开始，脉宽调制变压变频　（ＰｗＭ一、，、，、，Ｆ）洌速研究引起了人们的高度重视，到２０世纪８Ｏ年代。　作为变频技术核心的ＰＷＭ模式优化问题引起了人们的浓厚兴趣。并　得出诸多优化模式。其中以鞍形波ＰＷＭ模式效果为最佳。自２Ｏ世纪　８Ｏ年代后半期始，美、日、德、英等发达国家的ｖｖｖＦ变频器开始投　入市场并得到广泛应用。　２．变频调速方案　根据不同生产作业方式和不同的电机种类、变频器型式。可设计　出各种变频调速控制方法。这里仅讨论交一直一交（ＡＣ＿一Ｄｃ—ＡＣ）变　频器，至于交一交循环变频器（Ａｃ—Ａｃ相控变频）以及自同步控制逆　变器（不论Ａｃ—Ａｃ方式还是Ａｃ—Ｄｃ—Ａｃ方式），即俗称无换向器电　机，均不加以讨论。　２．１开环控制的通用变频器三相异步电机变频调速系统　本控制方案结构简单，可靠性高（控制框图见图１）。由于是开环控　制方式，其调速精度和动态响　

２０１３年第１２期　科技国向导　◇科技论坛◇　

变频调速技术应用于桥式起重机相关问题探讨　

张磊　

（江苏省特种设备安全监督检验研究院盐城分院江苏盐城２２４０００）　

【摘要】起重机是工矿企业中应用十分广泛的机械设备之一，每天使用频繁，工作量很大。随着近年来变频技术的日渐成熟，变频调速技　术在起重机械中得到了越来越广泛的应用，不仅提高了设备的安全性，更延长了起重机械的使用寿命，还具有节约能源的重要优点。因此，探讨　

变频设计在起重机械上的应用具有一定的现实意义。　【关键词】起重机械；变频技术；优点；应用　

在工矿企业生产中．起重机械是应用十分广泛的设备。随着电子　技术的飞速发展．合理、高效地将变频技术应用于起重机械中的无疑　是起重机械发展的趋势之一　下面即对在工矿企业中应用最为广泛的　桥式起重机变频技术应用展开深入探讨　１．变频调速技术的优势所在　

１．１变频调速技术的应用能有效减少或抑制机械冲击的危害　冲击过载荷造成的危害是由过荷载的大小所决定的　假如平均加　速度原本就比较低与重力加速度相比比较小，基本上没什么危害　然　而，如果比较大的话危害也会成比例增加。如：当平均加速度是０．５ｍ／ｓ，　

机械制动所造成的瞬间加速度是他的３倍．此时过载并不会很严重　但是当加速度为２ｍ／ｓ时．瞬间加速度的比例相同，此时过载荷所造成　的疲劳损害．要比静载的时候大的多　采用变频调速后　因为他的瞬间加速度与平均加速度相差不多，　因此在平均加速度相同的前提下－冲击荷载，的危害程度也就被大大地　减轻了　因此如果起重升机构采用变频调速技术，可以很明显地抑制　有害冲击荷载，保护设备，而且还可以提高作业效率。　１．２应用变频调速技术的起重机械结构相对简单，维修也更方便　变频调整控制系统的结构非常简单、可靠性高而且还易于维修。　它具有独立的控制柜．系统设计的非常合理，从外观来看，也非常简单，　因此检修起来相当方便　尤其是它的起升系统，采用一套装置实现了　原来需要两套起升控制装置的功能才能实现的功能，大大减轻了小车　的自重，同时还明显改善了钢结构受力状况．非常有利于日常的保养