關鍵詞：變頻器、可編程序控制器、塔機管理軟件

摘要：隨著現代科技的迅猛發展，變頻調速技術和可編程序控制器在電力拖動系統中得到廣泛應有。采用變頻調速技術取代老式變阻調速，實現塔機電機無機調速。采用可編程序控制器以程序控制取代交流接觸器控制系統，提高了控制精度和系統的可靠性，進而實現了起重機的半自動化控制。本文主要闡述了采用“變頻器、PLC”改造老式塔機的方法措施。

        塔機管理軟件是基于組態軟件開發出來的塔機管理程序。可以不斷升級。運行于Windows XP/Vista系統。可同時對多臺塔機進行管理。它能設置和顯示各塔機運行工況并自動保存。可以直接設置日期、各機構運行速度、升降高度、小車行程、回轉角度等參數。如果塔機故障，軟件可自行檢測并顯示故障部位。在設備管理方面，利用人機界面，建立塔機工作“自動履歷書”。它可按年、月、日、時、分、秒自動記錄開機、關機、工作狀況等參數。當塔機硬件安裝完成，在塔機底部A箱連接電腦（RS-485通訊）啟動管理軟件，將運行數據寫入塔機控制系統，塔機便按照新的數據運行。根據合同設定塔機使用日期，到期后塔機系統不再啟動運行。

1、老式塔機系統分析

        原設備電氣驅動系統分為主卷揚機、回轉、大車、小車四部分。主卷揚機由一臺50KW左右的繞線轉子異步電動機驅動、回轉和大車均由兩臺2.2KW異步電動機驅動、小車由一臺2.2-3KW多級異步電動機驅動。在原傳動控制中，采用轉子串接電阻的調速方式。由于工作環境差，粉塵和有害氣體對電機的集電環、電刷和交流接觸器腐蝕性大，加上工作任務重，實際過載率高。由于沖擊電流偏大，容易造成電動機或觸頭燒壞、電刷冒煙、電動機及轉子所串電阻燒損和斷裂等故障，影響現場生產和安全。工人維修量和生產的維修費用也很高。并且原調速方式機械性能較差，調速不夠平穩，所串電阻長期發熱浪費能量。綜上所述原設備存在的主要缺點如下：

（1） 拖動電動機容量大，起動時電流對電網沖擊大。

（2） 主卷揚機、回轉、大車、小車起動停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊也較大，機械設備使用壽命短，操作人員的安全系數較差，設備運行可靠性較低。

（3） 由于電動機一直在額定轉矩下工作，而每次升降的負載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費。

（4） 起重機每天需要進行大量的裝卸工作，由于繞線轉子電機調速是通過電氣驅動系統中的主要元件――交流接觸器來接入和斷開電動機轉子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的情況下，容易燒壞觸頭。同時因工作環境惡劣，轉子回路串接的銅電阻因灰塵、設備震動等原因經常燒壞、斷裂。因而設備故障比較高，維修工作量比較大。同樣回轉、大車、小車的運轉也存在上述問題。

（5） 在起重機起升的瞬間，升降電機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機或傳動機械損壞，甚至造成鋼絲繩斷裂。

（6） 為了適應起重機的工況，起重機的操作人員經常性反復操作，起重機的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態，降低了電器元件和電動機的使用壽命。

（7） 起重機工作的協調性主要靠操作人員的熟練程度。由于升降、回轉、大車、小車聯動臺控制器之間沒有固定的聯系，在起重機工作時操作人員勞動強度比較大，容易疲勞，易產生誤操作。

2.變頻器調速技術和特點

變頻調速原理

交流電由輸入端子進入變頻器后，經整流濾波變換成直流電。再通過電子開關電路轉換為頻率和電壓均可調的三相交流電，然后濾波輸出供給電動機。

由電動機的轉速公式：n=60f/p(n是電機轉速、f為供電電源頻率、p是電機的極對數)可知，改變供電電源頻率即可改變電機轉速。達到調速目的。

變頻器可以使普通異步電動機實現無機調速。并具有啟動電流小、啟動平滑、對電機具有保護功能，、適應電源范圍寬（304－460V），無相序要求。它還具有顯著的節電效果。

2.2變頻調速控制系統的優點

變頻調速系統是通過改變電動機電源頻率實現調速，多級轉速切換時，電機轉速將在加速時間或減速時間內完成。因此，即使電機在反向最高速突然切換到正向最高速時，電機也會在減速時間內將轉速降至0，再在加速時間內將轉速慢慢提起。不會對電動機及如何設備產生沖擊。變頻器的加、減速時間可以分別在0～66秒任意設定。

2.2.1變頻調速控制系統的保護功能強

（1）變頻調速控制系統以其體積小、通用性強、動態相應快、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優于以往的任何調速方式。

（2）使用變頻器控制電動機運行，可以進行電機軟啟動，而讓電機具有很快的動態響應并且實現無機調速。另外對電機的一些參數做到補償。對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時，很準確的檢測，而自動采取應變措施保護電機。

2.2.2工作可靠性顯著提高，主要有一下幾個方面

（1）電磁制動器壽命可大大延長。原拖動系統是在運動狀態下進行抱閘的，采用變頻調速后，是在基本停止后進行抱閘。閘皮磨損情況大為改善。

（2）聯動臺不易損壞。控制信號電流較大，屬于易損件。采用變頻調速控制系統后，聯動臺屬于小信號處理（最大電流不超過2A）部分。不易損壞。

（3）控制系統故障率大為下降。原系統是由十分復雜的繼電器、交流接觸器系統進行控制，故障率較高。采用變頻調速控制系統后，控制系統可大大簡化，可靠性大為提高。

2.2.3節能效果十分可觀

繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻消耗大量電能。采用變頻調速控制系統后，非但外接電阻消耗的電能可以節約，并且在起重機放下重物時還可將重物釋放的位能反饋給電源。

2.2.4調速質量明顯提高

采用變頻調速控制系統后，調速范圍寬（閉環矢量型；1：1000，矢量型；1：100）、速度控制精度高（閉環矢量型；0.05％；矢量型；0.5％）并且調速平穩，能夠長時間低速運行。具有很高的定位精度和運行效率。

2.2.5可簡化傳動鏈

由于可以進行無機調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，使傳動鏈結構簡單，設計標準化。

3、可編程序控制器(PLC)

可編程序控制器（PLC）是在繼電器和計算機控制的基礎上發展起來的。它以微處理器為核心，是把自動化、計算機、通訊技術等融為一體的新型工業自動控制裝置。采用功能強、可靠性高、通用性好、使用方便的可編程序控制器裝置，是電動電控的發展方向，是提高工控系統電氣控制水平的一條新路，更是提高產品質量一個行之有效的方法。

控制程序以階梯圖軟件編寫，在系統中完成塔機運行過程控制。輸出點驅動設備運行，輸入點讀取控制信號和檢測設備運行狀態，構成閉環控制。

4、塔機改造的控制要點

在塔機控制系統中需要注意的是關于防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極容易發生重物由停止狀態下滑的現象，稱為溜鉤。

防止溜鉤的控制需要注意的關鍵問題是：

（1）電磁制動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間的，大約0.6秒（視型號和大小而定）。因而，變頻器如過早的停止輸出，將容易出現溜鉤。

（2）變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率，以免發生“過流”而跳閘的誤動作。

為此，具體控制方法如下：

4.1重物在高空停止的控制過程

（1）設定一個“停止起始頻率”FBS，當變頻器的工作頻率下降到FBS時，變頻器發出一個“頻率達到信號”控制電磁制動器斷電。

（2）設定一個FBS頻率的維持時間TBB，TBB長短應大于電磁制動器動作過程所需要的時間；

（3）變頻器將工作頻率下降至“0”。

4.2重物升降過程

（1）設定一個“升降起始頻率”FRD，當變頻器的工作頻率上升到FRD時，將暫停上升。為了確保當制動器松開后，變頻器已經能夠控制住重物升降而不會溜鉤，所以，在變頻器達到FRD的同時，變頻器將開始檢測電流，并設定檢測電流所需要的時間TRC；

（2）當變頻器已經有足夠大的輸出電流時，將發出一個“松開指令”使電磁制動器開始通電；

（3）設定一個FRD頻率的維持時間TRD，TRD的長短應大于電磁制動器從通電到松開所需要的時間；

（4）變頻器工作頻率上升到所需頻率。

4.3變頻器零速全轉矩功能和直流制動勵磁功能

（1）0速全轉矩功能   變頻器可以在速度為0的狀