建筑吊運(yùn)設(shè)備變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

　　一、引言

　　在建筑行業(yè)中，吊運(yùn)技術(shù)是一項(xiàng)極為重要的技術(shù)。隨著我國工程建設(shè)向標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、大型化、集成化方向發(fā)展，設(shè)備吊運(yùn)的重量越來越重，高度越來越亮，難度越來越大，一個(gè)大型設(shè)備的吊運(yùn)，往往是制約工程的進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)和安全的關(guān)鍵;同時(shí)也是展示企業(yè)的技術(shù)能力和裝備能力。為適應(yīng)當(dāng)前形勢的發(fā)展，吊運(yùn)設(shè)備的種類也越來越多，吊運(yùn)設(shè)備的控制也越來越先進(jìn)化和智能化，其中變頻調(diào)速和PLC控制技術(shù)在建筑吊運(yùn)設(shè)備得到大量應(yīng)用。

　　二、建筑吊運(yùn)設(shè)備

　　建筑吊運(yùn)設(shè)備按吊運(yùn)的性質(zhì)可分為：簡單吊運(yùn)器具：如千斤頂、滑輪組、葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)、懸掛單軌等;起重機(jī)：常用的起重機(jī)有流動(dòng)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、桅桿式起重機(jī)。建筑吊運(yùn)設(shè)備按結(jié)構(gòu)形式可分為：橋架式(橋式起重機(jī)、門式起重機(jī));纜索式;臂架式(自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式等)。

　　而在建筑行業(yè)中使用最多的吊運(yùn)設(shè)備為塔式起重機(jī)，其適用于在范圍內(nèi)數(shù)量多、而每一件單件重量較小的構(gòu)件或設(shè)備的吊運(yùn)，并其作業(yè)周期長。目前，塔式起重機(jī)吊運(yùn)的能力在3噸至100噸之間，而其臂長能達(dá)到40米至80米，所以，塔式起重機(jī)常用在使用地點(diǎn)固定、使用周期較長的場合，較為經(jīng)濟(jì)。塔式起重機(jī)有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、運(yùn)行、頂升、電纜卷放等機(jī)構(gòu)，各個(gè)機(jī)構(gòu)的負(fù)載特點(diǎn)區(qū)別很大。如起升機(jī)構(gòu)為位能負(fù)載，負(fù)荷不變時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩，上升時(shí)為阻力負(fù)載，下降時(shí)為動(dòng)力負(fù)載;回轉(zhuǎn)、變幅則主要傳遞水平負(fù)荷，起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)要客服較大的慣性。負(fù)載特點(diǎn)不同，在選擇電機(jī)、確定傳動(dòng)方案和調(diào)速方法，操作使用方面也要有不同的要求。同時(shí)，由于建筑工地戶外條件惡劣，電源質(zhì)量不佳，外部環(huán)境影響大，檢查維修較困難，因此對建筑吊運(yùn)設(shè)備電氣系統(tǒng)的可靠性即為重要。

　　三、變頻變頻控制系統(tǒng)

　　3.1、變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速器是一種高科技電子電力元器件集成的電機(jī)拖動(dòng)裝置，理論上可以無級(jí)調(diào)速。而且變頻調(diào)速是從恒轉(zhuǎn)矩到恒功率進(jìn)行全方位調(diào)速，設(shè)定一個(gè)頻率就有一個(gè)對應(yīng)速度，電控系統(tǒng)是以負(fù)載工作的實(shí)時(shí)變化要求為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此需要對負(fù)載和電機(jī)的特性進(jìn)行全面的計(jì)算。頻率f≤50Hz時(shí)電機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)運(yùn)行，頻率f>50Hz時(shí)電機(jī)以恒功率的狀態(tài)運(yùn)行。圖1中不同頻率的機(jī)械特性曲線清楚地表明，不同的負(fù)載(轉(zhuǎn)矩比)可以有咒種速度運(yùn)行，完全能夠滿足輕載高速、重載低速的要求。

　　3.2、起重機(jī)變頻調(diào)速的硬件選擇

　　(1)變頻電機(jī)的選擇

阻等效電阻值;V-制動(dòng)單元直流工作點(diǎn)電壓，一般取700V;Pe-電機(jī)額定功率;Kc-制動(dòng)頻度，在橋式起重機(jī)中取0.2～0.4;K-回饋時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。

　　(4)可編程控制器(PLC)的選擇

　　在橋式起重機(jī)中，由于各機(jī)構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個(gè)機(jī)構(gòu)所需的PLC總點(diǎn)數(shù)一般在19～20個(gè)點(diǎn)。對一臺(tái)三個(gè)機(jī)構(gòu)的橋式起重機(jī)一般所需的總點(diǎn)數(shù)在60個(gè)左右。

　　(5)其它電氣元器件按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，在此不作詳細(xì)說明。

　　3.3、起重機(jī)變頻調(diào)速的電氣圖設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)以安川變頻器為例，主要說明起重機(jī)變頻調(diào)速部分的電氣圖設(shè)計(jì)。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理圖如圖2所示。起升機(jī)構(gòu)變頻電機(jī)內(nèi)配有旋轉(zhuǎn)編碼器，與安裝在變頻器內(nèi)的速度卡連接，構(gòu)成速度閉環(huán)控制。變頻器上的S1～S7、SC、MA、MB、M1、M2等控制點(diǎn)和控制電機(jī)風(fēng)扇運(yùn)行接觸器K7及制動(dòng)器動(dòng)作接觸器K8的線圈控制線路分別與所選PLC的輸入、輸出及電源點(diǎn)連接，通過PLC內(nèi)部程序的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速閉環(huán)控制。在變頻器電源輸入端子(R、S、T)和電源之間，配有漏電斷路器Q1和AC電抗器。其中漏電斷路器Q1的容量為變頻器額定電流的1.8倍，感應(yīng)電流在30mA以上,可以檢出對人體有危險(xiǎn)的高頻漏電流，防止事故的發(fā)生;而其AC電抗器和變頻器內(nèi)的DC電抗器可有效改善電源側(cè)的功率因數(shù)，降低對外界的干擾。

　　起重機(jī)移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速的電氣原理如圖3所示。移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速為開環(huán)控制，無需配旋轉(zhuǎn)編碼器及速度卡。其它線路設(shè)計(jì)與起升機(jī)構(gòu)類似。

　　3.4、起重機(jī)變頻調(diào)速的程序設(shè)計(jì)

　　起重機(jī)變頻調(diào)速的程序設(shè)計(jì)其實(shí)就是對所選PLC內(nèi)的程序設(shè)計(jì)。PLC的程序設(shè)計(jì)一般采用梯形圖或指令表兩種方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。起重機(jī)變頻調(diào)速的PLC程序分兩部分：運(yùn)行控制程序和通信接口程序。一般起重機(jī)變頻調(diào)速主要的程序是運(yùn)行控制程序，而對于通信接口程序只有在PLC配有觸摸屏?xí)r才會(huì)涉及到。起重機(jī)每個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行控制程序基本由電氣保護(hù)、檔位控制、制動(dòng)器及電機(jī)風(fēng)扇運(yùn)行程序段組成。其中檔位控制就是起重機(jī)司機(jī)室內(nèi)聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)的檔位變化，通過PLC內(nèi)的程序運(yùn)行，控制變頻器的多段速指令變化，而使變頻器輸出頻率隨檔位變化而按預(yù)設(shè)好的頻率發(fā)生變化。

　　起重機(jī)的PLC控制系統(tǒng)有96個(gè)輸入點(diǎn)、64個(gè)輸出點(diǎn)組成，共160輸入、輸出點(diǎn)，采用西門子S7-300(CPU為315-2DP)PLC，其擴(kuò)展7塊數(shù)字量輸入模塊SM321、4塊數(shù)字量輸出模塊SM322。

　　四、起重機(jī)變頻調(diào)速的安裝調(diào)試

　　起重機(jī)變頻調(diào)速控制柜在柜內(nèi)安裝時(shí)，變頻器上下離柜體或其它元件的距離應(yīng)在120mm以上，左右離柜體或其它元件的距離應(yīng)在30mm以上，而且變頻器和PLC最好不要在同一個(gè)柜內(nèi)，避免相互間的影響。變頻器和PLC的控制回路接線應(yīng)采用屏蔽電纜，盡可能與動(dòng)力線分離走線。變頻器及PLC的接地采用C種接地，與電焊機(jī)、動(dòng)力設(shè)備等接地分離，其接線應(yīng)盡可能短。

　　起重機(jī)變頻調(diào)速的調(diào)試一般有以下幾步：(1)調(diào)試前對所有設(shè)備、線路接線進(jìn)行檢查，測量電氣線路在運(yùn)輸安裝過程的損傷情況，以及電網(wǎng)供電是否存在缺相現(xiàn)象;(2)將預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序輸入到PLC內(nèi)，這步也可在柜體制作過程中進(jìn)行;(3)對變頻器上電檢查后，通過變頻器上的控制屏對電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，看其旋轉(zhuǎn)方向是否正確;然后選擇適合電機(jī)的自學(xué)習(xí)方式，對電機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)。若選擇了旋轉(zhuǎn)型自學(xué)習(xí)，就必須將負(fù)載脫離，并確保電機(jī)可安全旋轉(zhuǎn);(4)設(shè)置所選控制模式對應(yīng)的參數(shù)及其它相應(yīng)參數(shù)(其具體設(shè)置參見各自所選的變頻器使用手冊)，并確定所有設(shè)備通電均無異常后，進(jìn)行橋式起重機(jī)空載調(diào)試。(5)空載調(diào)試好后，帶上額定負(fù)載進(jìn)行滿負(fù)載調(diào)試。在滿負(fù)載調(diào)試時(shí)，適當(dāng)改變變頻器的加減速時(shí)間參數(shù)值，使加減速時(shí)間調(diào)整達(dá)到最佳值。若起升機(jī)構(gòu)滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)明顯的溜鉤想象，就需要調(diào)整變頻器內(nèi)的制動(dòng)參數(shù)。

　　五、結(jié)束語

　　起重機(jī)采用變頻調(diào)速后，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行效果良好，性能穩(wěn)定可靠，故障維修率明顯減少，達(dá)到了用戶的預(yù)期目標(biāo)，為用戶創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益，受到了許多用戶的好評(píng)。同時(shí)，在負(fù)荷經(jīng)常變化的情況下，具有輕載高速，重載低速的性能，合理利用功率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。