摘 要：本文對塔機提升機構不同調(diào)速方式進行了對比;針對變頻調(diào)速的優(yōu)點，重點介紹英威騰CHV190起重專用變頻器在塔機提升機構上的成功應用。關鍵詞：CHV190起重專用變頻器、建筑塔機
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
塔式起重機是現(xiàn)代高層施工中必不可少的重要的運輸設備之一。隨著生產(chǎn)效率的提高，安全性要求增強，塔機自動化水平也不斷提高，塔機中變頻調(diào)速機構越來越多;同時，隨著電力電子技術的快速發(fā)展，國產(chǎn)變頻器價格不斷下降，質(zhì)量和性能的顯著提升，國產(chǎn)變頻器在塔機行業(yè)也有了很好的發(fā)展。
二、塔機提升機構調(diào)速方式對比
起升機構是塔式起重機最重要的傳動機構，起升機構調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機性能。目前國內(nèi)塔機起升機構的主要調(diào)速方式優(yōu)、缺點比較：
調(diào)速方式
| 多速電機變極調(diào)速
| 電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動的單速繞線轉(zhuǎn)子電機
| 普通減速器加帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機
| 差動行星減速器加雙電機
| 變頻調(diào)速
|
優(yōu)點
| 方案簡單
| 運行平穩(wěn)
| 構造簡單
| 速度檔位多
| 慢就位速度可長時間運行，可實現(xiàn)精確吊裝
|
成本低
| 調(diào)速比大
| 易維護
| 可靠性高
| 實現(xiàn)零速制動，運行平穩(wěn)無沖擊，延長結構和傳動件的壽命
|
|
| 起制動和換擋平滑
|
| 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
| 電流沖擊大
| 電磁離合器壽命短、可靠性差
| 電氣控制系統(tǒng)復雜
| 差動行星減速器結構復雜，需非標設計
| 變頻器成本高，小噸位應用少（6T及以下）
|
調(diào)速范圍窄
| 減速機成本高
| 起制動電流沖擊大
| 雙電機、成本高
| 維護難，一旦損壞需要更換新機
|
維護成本高
| 空中不能動態(tài)變換檔位，否則下滑
| 維護成本高
| 控制復雜
|
|
適用機型
| 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，目前在中大噸位應用較多
|
三、英威騰CHV190變頻器在塔機提升機構中的應用
華南某知名塔機生產(chǎn)企業(yè)，QTD塔機提升機構主要使用日本安川品牌，為了降低成本，需尋求性價比較高變頻器來替代。
提升機構對變頻器的主要要求：
1，有可靠的松、抱閘時序;
2，能實現(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)境適應能力好，質(zhì)量可靠。
CHV190起重專用變頻器主要特點
CHV190起重專用變頻器是英威騰公司09年推出的針對起重行業(yè)的產(chǎn)品。其采用先進的控制理論，具有優(yōu)異的力矩控制性能，針對起重行業(yè)設計的抱閘控制、輕負載升速、快速停車、危險速度監(jiān)視、預勵磁、松繩檢測、轉(zhuǎn)矩驗證、高頻弱磁運行控制、操作桿監(jiān)控、起重機操作模式、主從控制等技術，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)過對比和綜合考慮，最后選用英威騰公司CHV190起重專用變頻器進行試用和驗證。
設備參數(shù)及電氣選型
設備參數(shù)
| 設備名稱
| 變頻調(diào)速塔式起重機
|
額定載重量（T）
| 載重量6T
|
電機參數(shù)
| 電機型號
| 起重專用電機
|
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）
|
制動單元
| DBU-055-4（1個）
|
異步PG卡
| PN000PGWX
|
IO擴展卡
| CHV190-IO擴展卡
|
旋轉(zhuǎn)編碼器
| 1024線、10V～30V電源（軸套式）
|
制動電阻
| 阻值：13.6歐姆；功率：20kW;（客戶自備）
|
系統(tǒng)介紹
本塔式起重機所有機構都采用變頻控制，下文僅介紹提升機構的變頻控制。
電氣框圖
電氣控制系統(tǒng)，主要由PLC、變頻器、電動機、減速機、抱閘制動器、制動單元、制動電阻箱、操作手柄、編碼器等組成，實現(xiàn)對塔機升降機構的起?？刂啤⑸舷逻\行、快慢運行、開閘抱閘控制及各種保護的控制，從而實現(xiàn)塔機的高效、安全、穩(wěn)定運行。
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、保護信號、編碼器分頻信號、制動單元故障信號和操作手柄信號，處理后，輸出變頻器控制信號（運行、段速、急停、倍速、零位、復位）和繼電器控制信號（風機接觸器、制動器接觸器等）。PLC程序的完整和正確性對整體電控系統(tǒng)很重要。變頻器作為核心驅(qū)動設備，接收到控制命令后，嚴格按照要求執(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、輕負載升速控制、松繩檢測、操作桿零位檢測、轉(zhuǎn)矩驗證、電機保護、零速交叉功能、變頻器故障輸出和變頻器故障復位功能。
提升機構屬于位能負載，運行時產(chǎn)生多余電能通過制動電阻以熱能方式消耗;制動單元故障信號接入PLC處理，適時對制動單元狀態(tài)進行監(jiān)測;
塔機中松抱閘控制對塔機性能至關重要。閉環(huán)矢量模式下，變頻器收到運行命令，變頻器內(nèi)部先進行轉(zhuǎn)矩驗證，轉(zhuǎn)矩驗證完成后，輸出轉(zhuǎn)矩驗證成功信號，配合松抱閘時序參數(shù)，然后變頻器輸出松閘信號，可避免啟停“溜鉤”，實現(xiàn)平滑的啟?？刂?。
輕負載升速在塔機中應用較多。PLC檢測到滿足輕負載升速條件，倍速信號有效（輕負載升速使能有效），變頻器開始加速運行到恒功率速度拐點，輕負載升速功能模塊計算出最大允許速度，此時升速命令和頻率脈動系數(shù)滿足要求，變頻將按照計算出頻率進行運行，實現(xiàn)輕負載升速。
操作桿未歸零，收到運行信號后，變頻器不運行，需要操作桿回零且滿足設定的延時后，才可以運行;此操作桿零位檢測功能，確保系統(tǒng)不誤動作，減少意外。
調(diào)試注意事項
a） 正確接線，對空電機進行自學習，矢量控制良好的性能取決于電機自學習所得參數(shù);
b） 閉環(huán)控制需正確設定編碼器方向和脈沖數(shù);
c） 根據(jù)現(xiàn)場需求設定松、抱閘時序相關參數(shù)，實現(xiàn)良好的松、抱閘控制，防止溜鉤。
d） 使用輕負載升速前，要對空鉤進行自學習，變頻器自動記錄空鉤上下行運行參數(shù)，然后在進行輕負載升速調(diào)試。
e） 調(diào)用操作模式應用宏，可減少常用參數(shù)設定。
f） 制動單元制動使用率在提升機構設定為100%，制動閥值電壓設定為660V，通過設定制動單元控制板上S1端子可以實現(xiàn)，詳細定義請參考《DBU制動單元使用說明書》
變頻器參數(shù)
現(xiàn)場調(diào)試變頻器設定參數(shù)如下：
功能碼
| 功能含義
| 參數(shù)設置
| 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
| 應用模式選擇
| 3
| 分級操作桿模式
|
|
P1.11
| 多段速分級給定1
| 10
|
|
|
P1.02
| 多段速分級給定2
| 20
|
|
|
P1.03
| 多段速分級給定3
| 40
|
|
|
P1.04
| 多段速分級給定4
| 50
|
|
|
P1.08
| 加減速時間方式
| 1
|
|
|
P1.09
| 直線加速時間
| 3
| 3秒加速時間
|
|
P1.10
| 直線減速時間
| 3
| 3秒減速時間
|
|
P1.11
| 加速S段開始比例
| 5
|
|
|
P1.12
| 加速S段結束比例
| 5
|
|
|
P1.13
| 減速S段開始比例
| 5
|
|
|
P1.14
| 減速S段結束比例
| 5
|
|
|
P1.15
| 起動開始頻率
| 0
|
|
|
P1.16
| 起動頻率保持時間
| 0
|
|
|
電機參數(shù)組
|
P2.01
| 電機額定功率
| 22
|
|
|
P2.02
| 電機額定頻率
| 50
|
|
|
P2.03
| 電機額定轉(zhuǎn)速
| 970
|
|
|
P2.04
| 電機額定電壓
| 380
|
|
|
P2.05
| 電機額定電流
| 44
|
|
|
P2.07
| 電機定子電阻
|
|
| 通過參數(shù)自學習得到相關參數(shù)
|
P2.08
| 電機轉(zhuǎn)子電阻
|
|
|
P2.09
| 電機定、轉(zhuǎn)子電感
|
|
|
P2.10
| 電機定、轉(zhuǎn)子互感
|
|
|
P2.11
| 電機空載電流
|
|
|
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為開關量輸入
|
|
P5.02
| S1端子功能選擇
| 1
| 正轉(zhuǎn)運行，升降機上行
|
|
P5.03
| S2端子功能選擇
| 2
| 反轉(zhuǎn)運行，升降機下行
|
|
P5.04
| S3端子功能選擇
| 25
| 分級給定端子1
|
|
P5.05
| S4端子功能選擇
| 26
| 分級給定端子2
|
|
P5.06
| S5端子功能選擇
| 27
| 分級給定端子3 |
|
P5.07
| HDI1端子功能選擇
| 28
| 分級給定端子4
|
|
P5.08
| S8端子功能選擇
| 24
| 零點位置信號
|
|
P5.09
| S9端子功能選擇
| 21
| 輕負載升速使能
|
|
P5.10
| S10端子功能選擇
| 6
| 故障復位
|
|
P6.01
| Y1輸出選擇
| 1
| 電機運行中
|
|
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
| 預轉(zhuǎn)矩信號輸入選擇
| 4
| 內(nèi)部動態(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
| 0s
|
|
P8.06
| 抱閘松閘延時
| 0.3s
|
|
P8.09
| 停機抱閘頻率
| 3Hz
|
|
P8.16
| 停機延時時間
| 0.2s
| 定義變頻器抱閘合閘信號輸出后。變頻器可以持續(xù)維持輸出轉(zhuǎn)矩的時間，用來消除停機時溜鉤問題。
|
輕負載升速及松繩保護組
|
P8.33
| 轉(zhuǎn)矩驗證使能
| 1
|
|
P8.34
| 轉(zhuǎn)矩驗證鍵盤設置值
| 100
|
|
P8.35
| 轉(zhuǎn)矩驗證故障時間延時
| 0.5
|
|
P8.36
| 輕負載升速使能
| 1
| 輕負載升速有效
|
P8.37
| 升速命令信號源選擇
| 1
| 端子使能
|
P8.41
| 負載轉(zhuǎn)矩自整定選擇
| 1
| 自整定激活
|
P8.46
| 吊繩松動轉(zhuǎn)矩閥值
|
| 此值必須大于P8.43，按現(xiàn)場情況設定
|
P8.48
| 操作桿零點位置檢測使能
| 1
| 零點位置檢測有效
|
P9.07
| 電機超速保護選擇
| 1
| 超速保護檢測有效
|
制動單元設定
制動單元控制板上，S1位置，撥碼開關為4位可關斷的機械開關，從左至右分別為1、2、3、4位。不同撥碼方式對應不同的制動使用率和制動電壓。第一位對應制動使用率，后三位對應不同制動電壓。具體使用請參考英威騰公司《DBU制動單元使用說明書》。
|
出場設定值
| 0010
| 出廠設定制動使用率為50%，制動電壓為680V
|
現(xiàn)場使用值
| 1001
| 設定制動使用率為100%，制動電壓為660V
|
|
|
|
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|
|
|
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經(jīng)過3個月的現(xiàn)場使用，吊輕重不同負載啟停時，不存在“溜鉤”現(xiàn)象;輕負載升速和松繩檢測功能滿足客戶對提高生產(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，贏得了客戶的認可。
四、結束語
隨著建筑塔機自動化水平不斷提高，變頻器在塔機中應用越來越廣泛。深圳英威騰電氣股份有限公司作為國產(chǎn)變頻器行業(yè)的領軍企業(yè)，擁有多項變頻器核心技術，在深入了解起重行業(yè)需求，并對起重行業(yè)進行細分，開發(fā)出針對塔式起重機的專用功能，并在國內(nèi)知名廠家嚴格測試，性能、功能和質(zhì)量完全滿足要求。英威騰 CHV190起重專用產(chǎn)品在塔式起重機提升機構的成功應用，對國產(chǎn)自主品牌變頻器進入被國外品牌統(tǒng)領的建筑起重行業(yè)有很大的鼓舞和示范作用。
參考文獻
1，《CHV190系列起重機專用變頻器說明書》 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，《塔式起重機設計計算與安裝拆除及使用維護實用手冊》 北方工業(yè)出版社
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