建筑吊運設備變頻調速控制系統

　　一、引言

　　在建筑行業中，吊運技術是一項極為重要的技術。隨著我國工程建設向標準化、工廠化、大型化、集成化方向發展，設備吊運的重量越來越重，高度越來越亮，難度越來越大，一個大型設備的吊運，往往是制約工程的進度、經濟和安全的關鍵;同時也是展示企業的技術能力和裝備能力。為適應當前形勢的發展，吊運設備的種類也越來越多，吊運設備的控制也越來越先進化和智能化，其中變頻調速和PLC控制技術在建筑吊運設備得到大量應用。

　　二、建筑吊運設備

　　建筑吊運設備按吊運的性質可分為：簡單吊運器具：如千斤頂、滑輪組、葫蘆、卷揚機、懸掛單軌等;起重機：常用的起重機有流動式起重機、塔式起重機、桅桿式起重機。建筑吊運設備按結構形式可分為：橋架式(橋式起重機、門式起重機);纜索式;臂架式(自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式等)。

　　而在建筑行業中使用最多的吊運設備為塔式起重機，其適用于在范圍內數量多、而每一件單件重量較小的構件或設備的吊運，并其作業周期長。目前，塔式起重機吊運的能力在3噸至100噸之間，而其臂長能達到40米至80米，所以，塔式起重機常用在使用地點固定、使用周期較長的場合，較為經濟。塔式起重機有起升、回轉、變幅、運行、頂升、電纜卷放等機構，各個機構的負載特點區別很大。如起升機構為位能負載，負荷不變時為恒轉矩，上升時為阻力負載，下降時為動力負載;回轉、變幅則主要傳遞水平負荷，起動、制動時要客服較大的慣性。負載特點不同，在選擇電機、確定傳動方案和調速方法，操作使用方面也要有不同的要求。同時，由于建筑工地戶外條件惡劣，電源質量不佳，外部環境影響大，檢查維修較困難，因此對建筑吊運設備電氣系統的可靠性即為重要。

　　三、變頻變頻控制系統

　　3.1、變頻調速

　　變頻調速器是一種高科技電子電力元器件集成的電機拖動裝置，理論上可以無級調速。而且變頻調速是從恒轉矩到恒功率進行全方位調速，設定一個頻率就有一個對應速度，電控系統是以負載工作的實時變化要求為基礎進行設計的，因此需要對負載和電機的特性進行全面的計算。頻率f≤50Hz時電機以恒轉矩的狀態運行，頻率f>50Hz時電機以恒功率的狀態運行。圖1中不同頻率的機械特性曲線清楚地表明，不同的負載(轉矩比)可以有咒種速度運行，完全能夠滿足輕載高速、重載低速的要求。

　　3.2、起重機變頻調速的硬件選擇

　　(1)變頻電機的選擇

阻等效電阻值;V-制動單元直流工作點電壓，一般取700V;Pe-電機額定功率;Kc-制動頻度，在橋式起重機中取0.2～0.4;K-回饋時的機械能轉換效率，一般取0.7)。

　　(4)可編程控制器(PLC)的選擇

　　在橋式起重機中，由于各機構的控制檔位一般為5檔，那么每個機構所需的PLC總點數一般在19～20個點。對一臺三個機構的橋式起重機一般所需的總點數在60個左右。

　　(5)其它電氣元器件按有關標準進行選擇，在此不作詳細說明。

　　3.3、起重機變頻調速的電氣圖設計

　　現以安川變頻器為例，主要說明起重機變頻調速部分的電氣圖設計。起重機起升機構變頻調速的電氣原理圖如圖2所示。起升機構變頻電機內配有旋轉編碼器，與安裝在變頻器內的速度卡連接，構成速度閉環控制。變頻器上的S1～S7、SC、MA、MB、M1、M2等控制點和控制電機風扇運行接觸器K7及制動器動作接觸器K8的線圈控制線路分別與所選PLC的輸入、輸出及電源點連接，通過PLC內部程序的運行，實現對起升機構變頻調速閉環控制。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，感應電流在30mA以上,可以檢出對人體有危險的高頻漏電流，防止事故的發生;而其AC電抗器和變頻器內的DC電抗器可有效改善電源側的功率因數，降低對外界的干擾。

　　起重機移動機構變頻調速的電氣原理如圖3所示。移動機構變頻調速為開環控制，無需配旋轉編碼器及速度卡。其它線路設計與起升機構類似。

　　3.4、起重機變頻調速的程序設計

　　起重機變頻調速的程序設計其實就是對所選PLC內的程序設計。PLC的程序設計一般采用梯形圖或指令表兩種方式進行程序設計。起重機變頻調速的PLC程序分兩部分：運行控制程序和通信接口程序。一般起重機變頻調速主要的程序是運行控制程序，而對于通信接口程序只有在PLC配有觸摸屏時才會涉及到。起重機每個機構的運行控制程序基本由電氣保護、檔位控制、制動器及電機風扇運行程序段組成。其中檔位控制就是起重機司機室內聯動控制臺的檔位變化，通過PLC內的程序運行，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設好的頻率發生變化。

　　起重機的PLC控制系統有96個輸入點、64個輸出點組成，共160輸入、輸出點，采用西門子S7-300(CPU為315-2DP)PLC，其擴展7塊數字量輸入模塊SM321、4塊數字量輸出模塊SM322。

　　四、起重機變頻調速的安裝調試

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

　　起重機變頻調速的調試一般有以下幾步：(1)調試前對所有設備、線路接線進行檢查，測量電氣線路在運輸安裝過程的損傷情況，以及電網供電是否存在缺相現象;(2)將預先設計好的程序輸入到PLC內，這步也可在柜體制作過程中進行;(3)對變頻器上電檢查后，通過變頻器上的控制屏對電機進行點動操作，看其旋轉方向是否正確;然后選擇適合電機的自學習方式，對電機進行自學習。若選擇了旋轉型自學習，就必須將負載脫離，并確保電機可安全旋轉;(4)設置所選控制模式對應的參數及其它相應參數(其具體設置參見各自所選的變頻器使用手冊)，并確定所有設備通電均無異常后，進行橋式起重機空載調試。(5)空載調試好后，帶上額定負載進行滿負載調試。在滿負載調試時，適當改變變頻器的加減速時間參數值，使加減速時間調整達到最佳值。若起升機構滿負載運行時，出現明顯的溜鉤想象，就需要調整變頻器內的制動參數。

　　五、結束語

　　起重機采用變頻調速后，經過實際應用，運行效果良好，性能穩定可靠，故障維修率明顯減少，達到了用戶的預期目標，為用戶創造了極大的經濟效益，受到了許多用戶的好評。同時，在負荷經常變化的情況下，具有輕載高速，重載低速的性能，合理利用功率，達到節能減排的目的。