浮吊变幅、抓斗和提头机构拖动负载属于位能型负载,各机构运行时,在抱闸线圈松开的一瞬间,或者在低速启动的过程中,如果电机由于电磁惯性一时不能建立足够的磁场强度或者低速力矩特性太差不能提供足够的力矩,则都会发生抓斗下溜现象。变频器闭环矢量控制能提供快速力矩响应,低速力矩特性好,对于两种‘溜钩’原因都有良好的克服效果,在重钢浮吊控制中基本没有观察到‘溜钩’现象。如果励磁惯性太大而仍有溜钩发生,则可以通过特殊控制加以克服。
在浮吊电气控制系统中,变幅机构、抓斗机构和提头机构采用闭环矢量控制,其低速力矩性能可防止负载下溜,其很硬的机械特性则可使各运行机构严格按操作人员发出的指令运行。浮吊旋转机构是双电机驱动,要求运行同步,且难以实现脱开负载的自学习,因此不具备矢量控制的条件,故作者设计采用一台变频器驱动两台电机,变频器采用开环v/f控制模式,调试时采取了低速电压补偿,实践证明这种设计是合理的,使用效果很好。
浮吊控制系统中,抓斗和提头两股钢绳的受力平衡是比较难解决的问题,在原绕线电机串电阻调速驱动、继电器—接触器控制系统中,只有靠时间继电器的延时配合机械特性较软的电机调速控制特性来实现,效果很差。安川的616g5变频器具有力矩控制和速度控制切换功能,利用这一功能特点,在浮吊抓斗和提头运行机构间采用力矩跟踪控制模式,再利用plc的灵活控制性能,很好地攻破了这一技术难关。
3 变频改造中应注意的几个问题
由于浮吊控制系统的复杂性和所处环境的特殊性,在浮吊电气控制系统调试过程中,遇到了很多问题,总结如下:
3.1 系统抗干扰的必要性和重要措施
为了充分发挥变频器的性能,浮吊电气控制系统采用plc作为控制核心部件,系统组态灵活,性能稳定,故障率低。然而,plc控制系统除了plc应用的一般技术要求必须遵守外,系统本身的抗干扰必须重点考虑。
在设计重钢浮吊电气控制系统时,已经采取了抗干扰措施,比如信号隔离、电源净化、信号传送采用屏蔽控制电缆等。但在系统调试过程中,由于浮吊电气环境太恶劣,还是出现了意想不到的麻烦。干扰信号频繁出现,引起plc程序误动,更严重的是,有时一个极强的脉冲干扰甚至能把plc的i/o口烧坏。经过仔细的分析研究发现,这种难得一见的情况实际是由多个方面共同作用造成的。首先是电源问题,因为浮吊拖动电机功率较大,并且通常是几台电机同时投入工作,原采用继电器—接触器控制系统,则在电机频繁起停的情况下,造成电源极不稳定,而在1#浮吊变频控制系统调试时,2#浮吊必须要投入工作,这样严重影响了新系统的控制电源质量;另外,浮吊处于江边,采用三相四线制供电方式,地电平极不稳定,平时就有数伏电压波动,这样相应地降低了输入信号抗干扰的阀值,使系统更易受干扰信号影响而产生误动。其次是布线问题,因为在设计时信号线考虑的是屏蔽控制线,所以现场施工就没有注意与动力线分开布线,这也给系统带来了严重的不良后果,因为变频器输出电压带有高频载波电压成分,另外其制动电阻常是高直流脉冲电压,当信号线与这两类线路捆扎起来并行走线时,干扰就不可避免要产生并且强度很大。
针对浮吊是地零合一供电情况,在原~220v/~220v隔离变压器前端增加~380v/~220v控制屏蔽变压器,然后在~220v控制电压端加装阻容保护,并在开关电源直流24v输出端接上供保护用的压敏电阻,将电源串入系统的冲击干扰彻底消除。由于有强电磁干扰,把动力线与信号线严格分开,有些地方实在不能分开时,也采用十字交错方式。经过这些改动,浮吊至今已投入运行一年多时间,从没有因为干扰而影响系统正常运行,说明我们采取的抗干扰措施是成功的。
3.2 变频器闭环矢量控制模式的应用
616g5系列起重专用型变频器能很好地适应起重领域对于变频器的要求,其速度稳定性好、低速力矩特性好、力矩响应快。它有可以由用户自由设定的开环v/f控制模式、闭环v/f控制模式、开环矢量控制模式及闭环矢量控制模式共四种调速控制模式。
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