1．引言

      繞型異步電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子串多級(jí)電阻的電氣傳動(dòng)是起重機(jī)最廣泛的傳動(dòng)形式,是最簡(jiǎn)單的調(diào)速方案,但是具有以下的缺點(diǎn)：　

1.  串電阻分級(jí)起動(dòng)時(shí),對(duì)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)沖擊大。

2.系統(tǒng)起動(dòng)電流大,起動(dòng)電流達(dá)3～6倍的定子額定電流。

3.調(diào)速性能差,效率低,且系有級(jí)控制,有電流沖擊,轉(zhuǎn)速一半以下工作時(shí),機(jī)械特性軟,不能穩(wěn)定工作運(yùn)行。

4.制動(dòng)停止沖擊大,采用電磁制動(dòng)的機(jī)械制動(dòng),在較高速度下進(jìn)行,制動(dòng)慣性力矩和制動(dòng)電流大,短時(shí)沖擊力大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩3倍以上,對(duì)整個(gè)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)沖擊大。

      由于以上因素的存在，對(duì)于濟(jì)鋼中板廠鋼板表面質(zhì)量存在較大的影響，嚴(yán)重的影響了我廠產(chǎn)品在客戶(hù)心目中的形象。同時(shí)由于調(diào)速性能差，操控性較差，導(dǎo)致薄規(guī)格鋼板鋼板在調(diào)運(yùn)過(guò)程中極易損傷板邊，造成大量的資金用于質(zhì)量異議賠付。

      而當(dāng)前控制領(lǐng)域，矢量變頻技術(shù)已經(jīng)成熟并且得到了極為廣泛的成功應(yīng)用，如果在新上板庫(kù)天車(chē)中引入此技術(shù)，那么會(huì)為今后的長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)“一勞永逸”的應(yīng)用效果，會(huì)使得此天車(chē)為真正意義的“免維護(hù)”系統(tǒng)，大大地降低維護(hù)成本，節(jié)省人力資源。因此，基于以上考慮，決定對(duì)濟(jì)鋼中板廠20+20噸天車(chē)引入矢量變頻控制技術(shù)。

2．ControlLogix系統(tǒng)的應(yīng)用

      根據(jù)控制要求，我們提出了使用ControlLogix系統(tǒng)集成構(gòu)架來(lái)解決的方案。面向高性能和可伸縮性設(shè)計(jì)。它具有多處理器, 多任務(wù), 多網(wǎng)絡(luò), 多語(yǔ)言；各種各樣的模擬, 離散和特殊 I/O ；車(chē)間和信息系統(tǒng)之間最大的連通性；順序, 過(guò)程, 傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制的高級(jí)集成的特點(diǎn)。

      該控制系統(tǒng)是CONTROLLOGIX系統(tǒng)主機(jī)架、1794FLEX I/O分站、觸摸屏、AB矢量變頻器、交流變頻電機(jī)YPG355M-10雙軸變頻電機(jī)一臺(tái)組成的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。PLC主要完成對(duì)矢量變頻器及大車(chē)及小車(chē)橫移變頻器的控制，接收由操作臺(tái)1794FLEX I/O分站采集到信號(hào)并通過(guò)DeviceNET現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)紺ONTROLLOGIX控制器，由控制器做出運(yùn)算后給通過(guò)DeviceNET現(xiàn)場(chǎng)總線送給AB矢量變頻器做為給定信號(hào)。觸摸屏主要負(fù)責(zé)和PLC進(jìn)行通訊，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。AB矢量變頻器接收給定信號(hào)后，根據(jù)給定的的大小和正負(fù)來(lái)使得變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢和方向。電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

圖1

3．增量型編碼器的使用

      增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤(pán)的時(shí)序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤(pán)角度位移量增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。 

      由于天車(chē)系統(tǒng)為人工操作，且視現(xiàn)場(chǎng)情況改變給定，所以選用絕對(duì)值型編碼器并不合適，對(duì)于增量型編碼器接線方式簡(jiǎn)單，信號(hào)處理方便。工作電壓為24VDC，返回信號(hào)為脈沖信號(hào)，可直接連接至變頻器相應(yīng)模板上進(jìn)行處理的特點(diǎn)較為適合此控制系統(tǒng)使用。

      我們對(duì)POWERFLEX700型矢量變頻器的控制板端子設(shè)計(jì)接線入如圖2所示：

圖2

      由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制，僅需要輸入輸出部分信號(hào)即可。

4、POWERFLEX700變頻器在本套系統(tǒng)中的研究

      該系統(tǒng)中變頻器采用羅克韋爾公司AB系列POWERFLEX700型號(hào)，其矢量型變頻器的功能有V/F控制和無(wú)速度傳感器矢量控制及有速度傳感器矢量控制。適合應(yīng)用于重物提升機(jī)構(gòu)，物料的處理及應(yīng)用于擠壓機(jī)及攪拌機(jī)。根據(jù)硬件接線要求與矢量控制要求對(duì)起升裝置變頻器進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，以下為該系統(tǒng)中部分參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)介：

電機(jī)控制參數(shù)

      P53=4，P88=1,P412=0決定該系統(tǒng)為矢量控制，投用AB系列變頻器的FORCE矢量控制技術(shù)。

      P413=1024是編碼器脈沖頻率設(shè)置

      P155，P163是變頻器制動(dòng)方式選擇，由于設(shè)計(jì)制動(dòng)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)部制動(dòng)功率，所以此處設(shè)置為P163=1，外接制動(dòng)電阻。起升裝置停車(chē)后變頻器立刻停止輸出會(huì)造成理論上的溜鉤現(xiàn)象，所以設(shè)置P155=1,斜坡制動(dòng)模式。

      P140,P142為加減速時(shí)間的設(shè)定，這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)定，決定了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，它將直接決定矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)的快速性。

      AB系列變頻器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊有固定的控制字作為接口，但是如果需要讀取變頻器參數(shù)狀態(tài)需要用DATALINK與變頻器相連，如圖3所示：

圖3

5．控制模型的建立思路

      制約變頻器在天車(chē)上使用的最大問(wèn)題是變頻器啟動(dòng)時(shí)力矩較小，使得在重載起動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生溜鉤現(xiàn)象?？刂屏镢^時(shí)可以將系統(tǒng)的啟動(dòng)條件中加入達(dá)到溜鉤時(shí)力矩的連鎖，從而控制抱閘系統(tǒng)打開(kāi)的條件，可在理論上消除溜鉤的可能性。

      根據(jù)圖4所示的POWERFLEX700變頻器矢量控制原理圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，變頻器最終輸出的轉(zhuǎn)矩電流來(lái)決定起升力距的大小，而所有的外部輸入?yún)?shù)均是可變的。

圖4

      根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)力矩特性，當(dāng)電機(jī)為矢量控制方式時(shí)，如果電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下，其力矩電流的與定力矩電流的百分比也就是輸出力矩與額定力矩的百分比。這樣我們可根據(jù)變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩電流來(lái)作為控制溜鉤的唯一變量。通過(guò)DATALINK的方法，將變頻器的轉(zhuǎn)矩電流采集至CONTROLLOGIX構(gòu)架中，由1756-L61CPU進(jìn)行處理后，在給變頻器運(yùn)行的指令，從而達(dá)到避免溜鉤的目的。

      起升變頻器啟動(dòng)時(shí)，變頻器輸出速度，轉(zhuǎn)矩電流和實(shí)際返回的速度曲線在一個(gè)象限中可，實(shí)際轉(zhuǎn)速最低點(diǎn)做一條垂線，與轉(zhuǎn)矩電流值交匯處轉(zhuǎn)矩電流值即為力矩達(dá)到時(shí)所需電流值。

      實(shí)際研究過(guò)程中，該數(shù)值的獲取可以通過(guò)羅克韋爾的DRIVETOOLS軟件的DriveObserver中采集，該軟件界面如圖5所示：

圖5

      連接相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)行在線監(jiān)控，取得相應(yīng)的數(shù)值即可。

      將轉(zhuǎn)矩電流DATALINK上的數(shù)據(jù)同得出的溜鉤經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行比較，串入抱閘控制連鎖中，控制程序連鎖如圖6所示：

6．軟件編程設(shè)計(jì)

      本系統(tǒng)為羅克韋爾CONTROLLGIX集成構(gòu)架，編程軟件采用RSLOGIX5000軟件進(jìn)行編程，根據(jù)工藝要求和良好的硬件基礎(chǔ)，軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了連鎖合理、保護(hù)全面、程序簡(jiǎn)潔、容易讀寫(xiě)、查詢(xún)方便快捷等效果，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了起升裝置，大車(chē)行走，小車(chē)行走，液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)連鎖信號(hào)的順暢傳送。為新20+20噸天車(chē)矢量變頻系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提供了強(qiáng)大的軟件支持。

7．應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過(guò)POWERFLEX700矢量控制變頻器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備精準(zhǔn)定位，減小了設(shè)備的沖擊，提高了主起升穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了薄規(guī)格板及較長(zhǎng)鋼板的平穩(wěn)吊運(yùn)，有效防止了鋼板表面劃傷。