摘 要：本文對(duì)塔機(jī)提升機(jī)構(gòu)不同調(diào)速方式進(jìn)行了對(duì)比;針對(duì)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)介紹英威騰CHV190起重專用變頻器在塔機(jī)提升機(jī)構(gòu)上的成功應(yīng)用。關(guān)鍵詞：CHV190起重專用變頻器、建筑塔機(jī)
Abstract：This article describes the comparsion for different types of speed adjusting in crane application and give a introduction for the typical application of INVT CHV190 series special inverter for crane according to variable frequency speed adjustment advantage.
Keywords：CHV190 special frequency inverter for Crane Tower crane
一、引言
塔式起重機(jī)是現(xiàn)代高層施工中必不可少的重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。隨著生產(chǎn)效率的提高，安全性要求增強(qiáng)，塔機(jī)自動(dòng)化水平也不斷提高，塔機(jī)中變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)越來越多;同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，國產(chǎn)變頻器價(jià)格不斷下降，質(zhì)量和性能的顯著提升，國產(chǎn)變頻器在塔機(jī)行業(yè)也有了很好的發(fā)展。
二、塔機(jī)提升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式對(duì)比
起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)最重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機(jī)性能。目前國內(nèi)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的主要調(diào)速方式優(yōu)、缺點(diǎn)比較：
調(diào)速方式
| 多速電機(jī)變極調(diào)速
| 電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動(dòng)的單速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)
| 普通減速器加帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)
| 差動(dòng)行星減速器加雙電機(jī)
| 變頻調(diào)速
|
優(yōu)點(diǎn)
| 方案簡單
| 運(yùn)行平穩(wěn)
| 構(gòu)造簡單
| 速度檔位多
| 慢就位速度可長時(shí)間運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)精確吊裝
|
成本低
| 調(diào)速比大
| 易維護(hù)
| 可靠性高
| 實(shí)現(xiàn)零速制動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)無沖擊，延長結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)件的壽命
|
|
| 起制動(dòng)和換擋平滑
|
| 無極調(diào)速；調(diào)速范圍寬；提高生產(chǎn)效率和節(jié)能等
|
缺點(diǎn)
| 電流沖擊大
| 電磁離合器壽命短、可靠性差
| 電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜
| 差動(dòng)行星減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需非標(biāo)設(shè)計(jì)
| 變頻器成本高，小噸位應(yīng)用少（6T及以下）
|
調(diào)速范圍窄
| 減速機(jī)成本高
| 起制動(dòng)電流沖擊大
| 雙電機(jī)、成本高
| 維護(hù)難，一旦損壞需要更換新機(jī)
|
維護(hù)成本高
| 空中不能動(dòng)態(tài)變換檔位，否則下滑
| 維護(hù)成本高
| 控制復(fù)雜
|
|
適用機(jī)型
| 6T以下
| 此種調(diào)速很少采用
| 8～12T采用較多
| 適用于16T及以上大噸位
| 適用于所有噸位，目前在中大噸位應(yīng)用較多
|
三、英威騰CHV190變頻器在塔機(jī)提升機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用
華南某知名塔機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，QTD塔機(jī)提升機(jī)構(gòu)主要使用日本安川品牌，為了降低成本，需尋求性價(jià)比較高變頻器來替代。
提升機(jī)構(gòu)對(duì)變頻器的主要要求：
1，有可靠的松、抱閘時(shí)序;
2，能實(shí)現(xiàn)輕載速度快，重載速度慢功能;
3，零速高轉(zhuǎn)矩輸出;
4，環(huán)境適應(yīng)能力好，質(zhì)量可靠。
CHV190起重專用變頻器主要特點(diǎn)
CHV190起重專用變頻器是英威騰公司09年推出的針對(duì)起重行業(yè)的產(chǎn)品。其采用先進(jìn)的控制理論，具有優(yōu)異的力矩控制性能，針對(duì)起重行業(yè)設(shè)計(jì)的抱閘控制、輕負(fù)載升速、快速停車、危險(xiǎn)速度監(jiān)視、預(yù)勵(lì)磁、松繩檢測、轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證、高頻弱磁運(yùn)行控制、操作桿監(jiān)控、起重機(jī)操作模式、主從控制等技術(shù)，以及可靠的質(zhì)量，保障起重行業(yè)使用的安全性、可靠性和高效性;
經(jīng)過對(duì)比和綜合考慮，最后選用英威騰公司CHV190起重專用變頻器進(jìn)行試用和驗(yàn)證。
設(shè)備參數(shù)及電氣選型
設(shè)備參數(shù)
| 設(shè)備名稱
| 變頻調(diào)速塔式起重機(jī)
|
額定載重量（T）
| 載重量6T
|
電機(jī)參數(shù)
| 電機(jī)型號(hào)
| 起重專用電機(jī)
|
額定功率（kW）
| 22kW
|
額定電流（A）
| 44A
|
額定電壓（V）
| 380V
|
額定轉(zhuǎn)速（RPM）
| 970
|
額定頻率（Hz）
| 50
|
電氣系統(tǒng)選型
| PLC
| 三菱FX2N
|
變頻器
| CHV190-037G-4（1臺(tái)）
|
制動(dòng)單元
| DBU-055-4（1個(gè)）
|
異步PG卡
| PN000PGWX
|
IO擴(kuò)展卡
| CHV190-IO擴(kuò)展卡
|
旋轉(zhuǎn)編碼器
| 1024線、10V～30V電源（軸套式）
|
制動(dòng)電阻
| 阻值：13.6歐姆；功率：20kW;（客戶自備）
|
系統(tǒng)介紹
本塔式起重機(jī)所有機(jī)構(gòu)都采用變頻控制，下文僅介紹提升機(jī)構(gòu)的變頻控制。
電氣框圖
電氣控制系統(tǒng)，主要由PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、抱閘制動(dòng)器、制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻箱、操作手柄、編碼器等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)升降機(jī)構(gòu)的起停控制、上下運(yùn)行、快慢運(yùn)行、開閘抱閘控制及各種保護(hù)的控制，從而實(shí)現(xiàn)塔機(jī)的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用PLC+變頻器控制，PLC是整套系統(tǒng)的邏輯處理中心，接收限位信號(hào)、保護(hù)信號(hào)、編碼器分頻信號(hào)、制動(dòng)單元故障信號(hào)和操作手柄信號(hào)，處理后，輸出變頻器控制信號(hào)（運(yùn)行、段速、急停、倍速、零位、復(fù)位）和繼電器控制信號(hào)（風(fēng)機(jī)接觸器、制動(dòng)器接觸器等）。PLC程序的完整和正確性對(duì)整體電控系統(tǒng)很重要。變頻器作為核心驅(qū)動(dòng)設(shè)備，接收到控制命令后，嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。變頻器采用有PG矢量閉環(huán)控制，主要完成松抱閘控制、輕負(fù)載升速控制、松繩檢測、操作桿零位檢測、轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證、電機(jī)保護(hù)、零速交叉功能、變頻器故障輸出和變頻器故障復(fù)位功能。
提升機(jī)構(gòu)屬于位能負(fù)載，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生多余電能通過制動(dòng)電阻以熱能方式消耗;制動(dòng)單元故障信號(hào)接入PLC處理，適時(shí)對(duì)制動(dòng)單元狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測;
塔機(jī)中松抱閘控制對(duì)塔機(jī)性能至關(guān)重要。閉環(huán)矢量模式下，變頻器收到運(yùn)行命令，變頻器內(nèi)部先進(jìn)行轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證完成后，輸出轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證成功信號(hào)，配合松抱閘時(shí)序參數(shù)，然后變頻器輸出松閘信號(hào)，可避免啟停“溜鉤”，實(shí)現(xiàn)平滑的啟停控制。
輕負(fù)載升速在塔機(jī)中應(yīng)用較多。PLC檢測到滿足輕負(fù)載升速條件，倍速信號(hào)有效（輕負(fù)載升速使能有效），變頻器開始加速運(yùn)行到恒功率速度拐點(diǎn)，輕負(fù)載升速功能模塊計(jì)算出最大允許速度，此時(shí)升速命令和頻率脈動(dòng)系數(shù)滿足要求，變頻將按照計(jì)算出頻率進(jìn)行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)輕負(fù)載升速。
操作桿未歸零，收到運(yùn)行信號(hào)后，變頻器不運(yùn)行，需要操作桿回零且滿足設(shè)定的延時(shí)后，才可以運(yùn)行;此操作桿零位檢測功能，確保系統(tǒng)不誤動(dòng)作，減少意外。
調(diào)試注意事項(xiàng)
a） 正確接線，對(duì)空電機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，矢量控制良好的性能取決于電機(jī)自學(xué)習(xí)所得參數(shù);
b） 閉環(huán)控制需正確設(shè)定編碼器方向和脈沖數(shù);
c） 根據(jù)現(xiàn)場需求設(shè)定松、抱閘時(shí)序相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)良好的松、抱閘控制，防止溜鉤。
d） 使用輕負(fù)載升速前，要對(duì)空鉤進(jìn)行自學(xué)習(xí)，變頻器自動(dòng)記錄空鉤上下行運(yùn)行參數(shù)，然后在進(jìn)行輕負(fù)載升速調(diào)試。
e） 調(diào)用操作模式應(yīng)用宏，可減少常用參數(shù)設(shè)定。
f） 制動(dòng)單元制動(dòng)使用率在提升機(jī)構(gòu)設(shè)定為100%，制動(dòng)閥值電壓設(shè)定為660V，通過設(shè)定制動(dòng)單元控制板上S1端子可以實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)定義請(qǐng)參考《DBU制動(dòng)單元使用說明書》
變頻器參數(shù)
現(xiàn)場調(diào)試變頻器設(shè)定參數(shù)如下：
功能碼
| 功能含義
| 參數(shù)設(shè)置
| 功能描述
| 備注
|
基本功能組
|
P0.00
| 速度控制模式
| 1
| 有PG矢量控制（VC）
|
|
P0.01
| 運(yùn)行指令通道
| 1
| 端子指令通道
|
|
P0.03
| 最大輸出頻率
| 100
| 最大頻率100Hz
|
|
P0.11
| 應(yīng)用模式選擇
| 3
| 分級(jí)操作桿模式
|
|
P1.11
| 多段速分級(jí)給定1
| 10
|
|
|
P1.02
| 多段速分級(jí)給定2
| 20
|
|
|
P1.03
| 多段速分級(jí)給定3
| 40
|
|
|
P1.04
| 多段速分級(jí)給定4
| 50
|
|
|
P1.08
| 加減速時(shí)間方式
| 1
|
|
|
P1.09
| 直線加速時(shí)間
| 3
| 3秒加速時(shí)間
|
|
P1.10
| 直線減速時(shí)間
| 3
| 3秒減速時(shí)間
|
|
P1.11
| 加速S段開始比例
| 5
|
|
|
P1.12
| 加速S段結(jié)束比例
| 5
|
|
|
P1.13
| 減速S段開始比例
| 5
|
|
|
P1.14
| 減速S段結(jié)束比例
| 5
|
|
|
P1.15
| 起動(dòng)開始頻率
| 0
|
|
|
P1.16
| 起動(dòng)頻率保持時(shí)間
| 0
|
|
|
電機(jī)參數(shù)組
|
P2.01
| 電機(jī)額定功率
| 22
|
|
|
P2.02
| 電機(jī)額定頻率
| 50
|
|
|
P2.03
| 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
| 970
|
|
|
P2.04
| 電機(jī)額定電壓
| 380
|
|
|
P2.05
| 電機(jī)額定電流
| 44
|
|
|
P2.07
| 電機(jī)定子電阻
|
|
| 通過參數(shù)自學(xué)習(xí)得到相關(guān)參數(shù)
|
P2.08
| 電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻
|
|
|
P2.09
| 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電感
|
|
|
P2.10
| 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子互感
|
|
|
P2.11
| 電機(jī)空載電流
|
|
|
編碼器組
|
P4.00
| 編碼器類型選擇
| 0
| 增量型編碼器
|
|
P4.01
| 編碼器脈沖數(shù)
| 1024
|
|
|
輸入輸出端子組
|
P5.00
| HDI1輸入類型選擇
| 1
| HDI1為開關(guān)量輸入
|
|
P5.02
| S1端子功能選擇
| 1
| 正轉(zhuǎn)運(yùn)行，升降機(jī)上行
|
|
P5.03
| S2端子功能選擇
| 2
| 反轉(zhuǎn)運(yùn)行，升降機(jī)下行
|
|
P5.04
| S3端子功能選擇
| 25
| 分級(jí)給定端子1
|
|
P5.05
| S4端子功能選擇
| 26
| 分級(jí)給定端子2
|
|
P5.06
| S5端子功能選擇
| 27
| 分級(jí)給定端子3 |
|
P5.07
| HDI1端子功能選擇
| 28
| 分級(jí)給定端子4
|
|
P5.08
| S8端子功能選擇
| 24
| 零點(diǎn)位置信號(hào)
|
|
P5.09
| S9端子功能選擇
| 21
| 輕負(fù)載升速使能
|
|
P5.10
| S10端子功能選擇
| 6
| 故障復(fù)位
|
|
P6.01
| Y1輸出選擇
| 1
| 電機(jī)運(yùn)行中
|
|
P6.04
| RO1輸出選擇
| 4
| 故障輸出
|
|
P6.05
| RO2輸出選擇
| 7
| 抱閘輸出
|
|
抱閘控制邏輯
|
P8.04
| 預(yù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸入選擇
| 4
| 內(nèi)部動(dòng)態(tài)給定
|
P8.04
| 抱閘、接觸器控制選擇（只適合端子指令通道）
| 1
| 抱閘由變頻器控制，接觸器由外部控制器控制
|
P8.05
| 抱閘合閘延時(shí)
| 0s
|
|
P8.06
| 抱閘松閘延時(shí)
| 0.3s
|
|
P8.09
| 停機(jī)抱閘頻率
| 3Hz
|
|
P8.16
| 停機(jī)延時(shí)時(shí)間
| 0.2s
| 定義變頻器抱閘合閘信號(hào)輸出后。變頻器可以持續(xù)維持輸出轉(zhuǎn)矩的時(shí)間，用來消除停機(jī)時(shí)溜鉤問題。
|
輕負(fù)載升速及松繩保護(hù)組
|
P8.33
| 轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證使能
| 1
|
|
P8.34
| 轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證鍵盤設(shè)置值
| 100
|
|
P8.35
| 轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證故障時(shí)間延時(shí)
| 0.5
|
|
P8.36
| 輕負(fù)載升速使能
| 1
| 輕負(fù)載升速有效
|
P8.37
| 升速命令信號(hào)源選擇
| 1
| 端子使能
|
P8.41
| 負(fù)載轉(zhuǎn)矩自整定選擇
| 1
| 自整定激活
|
P8.46
| 吊繩松動(dòng)轉(zhuǎn)矩閥值
|
| 此值必須大于P8.43，按現(xiàn)場情況設(shè)定
|
P8.48
| 操作桿零點(diǎn)位置檢測使能
| 1
| 零點(diǎn)位置檢測有效
|
P9.07
| 電機(jī)超速保護(hù)選擇
| 1
| 超速保護(hù)檢測有效
|
制動(dòng)單元設(shè)定
制動(dòng)單元控制板上，S1位置，撥碼開關(guān)為4位可關(guān)斷的機(jī)械開關(guān)，從左至右分別為1、2、3、4位。不同撥碼方式對(duì)應(yīng)不同的制動(dòng)使用率和制動(dòng)電壓。第一位對(duì)應(yīng)制動(dòng)使用率，后三位對(duì)應(yīng)不同制動(dòng)電壓。具體使用請(qǐng)參考英威騰公司《DBU制動(dòng)單元使用說明書》。
|
出場設(shè)定值
| 0010
| 出廠設(shè)定制動(dòng)使用率為50%，制動(dòng)電壓為680V
|
現(xiàn)場使用值
| 1001
| 設(shè)定制動(dòng)使用率為100%，制動(dòng)電壓為660V
|
|
|
|
|
|
|
|
|
經(jīng)過3個(gè)月的現(xiàn)場使用，吊輕重不同負(fù)載啟停時(shí)，不存在“溜鉤”現(xiàn)象;輕負(fù)載升速和松繩檢測功能滿足客戶對(duì)提高生產(chǎn)效率和安全性的要求;零位檢測功能有效避免了意外情況，客戶非常滿意。英威騰變頻器憑借良好的功能、性能和質(zhì)量，贏得了客戶的認(rèn)可。
四、結(jié)束語
隨著建筑塔機(jī)自動(dòng)化水平不斷提高，變頻器在塔機(jī)中應(yīng)用越來越廣泛。深圳英威騰電氣股份有限公司作為國產(chǎn)變頻器行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，擁有多項(xiàng)變頻器核心技術(shù)，在深入了解起重行業(yè)需求，并對(duì)起重行業(yè)進(jìn)行細(xì)分，開發(fā)出針對(duì)塔式起重機(jī)的專用功能，并在國內(nèi)知名廠家嚴(yán)格測試，性能、功能和質(zhì)量完全滿足要求。英威騰 CHV190起重專用產(chǎn)品在塔式起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)的成功應(yīng)用，對(duì)國產(chǎn)自主品牌變頻器進(jìn)入被國外品牌統(tǒng)領(lǐng)的建筑起重行業(yè)有很大的鼓舞和示范作用。
參考文獻(xiàn)
1，《CHV190系列起重機(jī)專用變頻器說明書》 深圳英威騰電氣股份有限公司
2，《DBU制動(dòng)單元使用說明書》 深圳英威騰電氣股份有限公司
3，《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算與安裝拆除及使用維護(hù)實(shí)用手冊(cè)》 北方工業(yè)出版社
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