摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了施耐德變頻器ATV71在起重機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域上的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合工程案例，給出了具體的硬件設(shè)計(jì)方案和調(diào)試步驟。并羅列了常見(jiàn)的故障代碼、可能原因及修復(fù)措施，為進(jìn)一步發(fā)揮ATV71變頻器在起重機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)提供了基礎(chǔ)。

1引言

南歐江六級(jí)水電站位于老撾人民民主共和國(guó)豐沙里省境內(nèi)，為南歐江七級(jí)開(kāi)發(fā)方案的第六級(jí)（自下而上），電站以發(fā)電為主，裝機(jī)容量180MW。主廠房?jī)?nèi)一臺(tái)套150t+150t/10t電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)主要用于3臺(tái)立軸水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝及檢修。定轉(zhuǎn)子采用平衡梁起吊，其余設(shè)備大部分采用鋼絲繩起吊。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連軸約240t（不含平衡梁）將由雙小車(chē)抬吊完成。

本橋機(jī)為雙小車(chē)橋式起重機(jī)，本橋機(jī)的電氣系統(tǒng)分為：供電系統(tǒng)、起升機(jī)構(gòu)（分1#小車(chē)起升機(jī)構(gòu)、2#小車(chē)起升機(jī)構(gòu)）、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（分1#小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、、2#小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)）、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆機(jī)構(gòu)、信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)指示、照明接地系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。其中兩小車(chē)起升和小車(chē)機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)完全一致。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用施耐德公司生產(chǎn)的變頻器ATV71系列變頻器，充分利用裝置內(nèi)置的機(jī)械抱閘邏輯來(lái)控制起升機(jī)構(gòu)的抱閘，以防止溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)，省卻了起升運(yùn)用宏，但達(dá)到了變頻器專用起重宏的作用。同時(shí)起升變頻傳動(dòng)系統(tǒng)建立了閉環(huán)控制，通過(guò)增大閉環(huán)編碼器的檢測(cè)頻率。確保起升機(jī)構(gòu)在1:20調(diào)速比下能穩(wěn)定運(yùn)行。

2施耐德ATV71簡(jiǎn)介：

施耐德ATV71變頻器自2005年登陸中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，憑借其優(yōu)異的性能、靈活的選件而廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)。尤其在電機(jī)控制性能方面，針對(duì)不同的使用場(chǎng)合開(kāi)發(fā)了閉環(huán)矢量、開(kāi)環(huán)電流矢量、開(kāi)環(huán)電壓矢量、V/F、同步電機(jī)五種控制算法。它在起重領(lǐng)域主要具有如下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

1）抱閘邏輯控制

2）負(fù)載測(cè)量

3）高速提升（輕載升速）功能

4）客戶定制加減速曲線

5）力矩控制

6）轉(zhuǎn)矩均衡

7）停電情況下的緊急運(yùn)行模式

8）報(bào)警和故障處理

9）帶PTC探針的電機(jī)保護(hù)

10）大車(chē)糾偏

11）起升和小車(chē)同步

12）防搖控制

13）定位控制

3起升變頻控制技術(shù)的運(yùn)用

傳統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)主要是采用轉(zhuǎn)子串電阻或渦流調(diào)速，其傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍狹窄，整個(gè)系統(tǒng)速度的穩(wěn)定性和調(diào)速精度較差；起制動(dòng)不平穩(wěn)，對(duì)整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)沖擊很大；尤其是空中起吊易發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了起重機(jī)械的安全運(yùn)行。為此，本橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用了施耐德ATV71變頻器作為調(diào)速傳動(dòng)裝置。具體方案如下：

橋機(jī)的起升機(jī)構(gòu)(如圖1所示）包括1#起升機(jī)構(gòu)和2#起升機(jī)構(gòu)，兩機(jī)構(gòu)分別由一臺(tái)YZP315S-6-TH，90KW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)ATV71HC13N4變頻器拖動(dòng)，為提高低速性能和系統(tǒng)可靠性，起升系統(tǒng)通過(guò)編碼器HLE-1024L-3F.A構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，大大改善了變頻器速度和力矩控制精度，調(diào)速精度可達(dá)±0.01%，為定轉(zhuǎn)子平衡梁抬吊建立了基礎(chǔ)。

圖1起升機(jī)構(gòu)布置圖

起升速度：

重載（≥30t）：0.3~3.0m/min

輕載（＜30t）：0.3~6.0m/min。

起升機(jī)構(gòu)采用主令控制器控制，有擋位無(wú)級(jí)調(diào)速方式，速度分為五擋，重載時(shí)上下各為10%、30%、50%、70%、100%額定速度，輕載時(shí)上下各為10%、50%、100%、150%、200%額定速度，輕、重載速度轉(zhuǎn)換由荷重儀來(lái)自動(dòng)判斷，無(wú)需人工干預(yù)，其過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)無(wú)沖擊。抬吊時(shí)兩起升機(jī)構(gòu)構(gòu)成了主從隨動(dòng)控制系統(tǒng)，兩機(jī)構(gòu)通過(guò)高度檢測(cè)，主從糾偏，以確保兩吊點(diǎn)差控制在50mm以內(nèi)，保證了定轉(zhuǎn)子平衡梁抬吊時(shí)的水平度。具體電氣原理圖如下圖2所示：

圖2起升電氣控制原理圖

4小車(chē)變頻控制技術(shù)的運(yùn)用

小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括1#小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和2#小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，兩機(jī)構(gòu)分別由兩臺(tái)三合一DV100M42.2KW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用一臺(tái)ATV71HU75N4變頻器拖動(dòng)，開(kāi)環(huán)控制。

運(yùn)行速度：1.2~12m/min，采用主令控制器控制，前后速度各為五擋，分別為10%、30%、50%、70%、100%額定速度。起動(dòng)、停止平穩(wěn)無(wú)沖擊。抬吊時(shí)兩小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由同一操作手柄給定運(yùn)行及速度指令，同時(shí)兩小車(chē)采用了剛性聯(lián)結(jié)，確保兩機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行。其電氣原理圖如下圖3所示：

圖3小車(chē)電氣控制原理圖

5大車(chē)變頻控制技術(shù)的運(yùn)用

大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由四臺(tái)三合一DV132S45.5KW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用一臺(tái)ATV71HD30N4變頻器拖動(dòng)，開(kāi)環(huán)控制。

運(yùn)行速度：2~20m/min，采用主令控制器控制，左右速度各為五擋，分別為10%、30%、50%、70%、100%額定速度，起動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊。其電氣原理圖如下圖4所示：

圖4大車(chē)電氣控制原理圖

6系統(tǒng)調(diào)試（起升）

6.1首先檢查各功率端子和控制端子一定要安裝緊固；

1）動(dòng)力直流母線端子PO--PA+之間的短接銅片一定要保持緊固；

2）控制端子的PWR--+24V之間的短接片一定要保持連接，否則變頻器將顯示狀態(tài)PRA并且不能正常輸出。

6.2可靠連接各保護(hù)地和屏蔽地。

以下以起升機(jī)構(gòu)為例，闡述具體的調(diào)試步驟：

第一步設(shè)置提升應(yīng)用宏

在簡(jiǎn)單起動(dòng)菜單中，設(shè)置宏配置參數(shù)CFG=提升，這樣它的很多設(shè)定包括端子分配被修改為適用于典型的提升控制，如端子分配：

LI1：上升；LI2：下降；LI3：故障復(fù)位（脈沖激活）；LI4：外部故障；LI5：未設(shè)置；LI6：未設(shè)置；R1：故障接點(diǎn)；R2：制動(dòng)邏輯控制

注意：1）這里故障接點(diǎn)R1帶有常開(kāi)常閉接點(diǎn)R1A-R1C-R1B，其中R1C為公共點(diǎn)，接點(diǎn)狀態(tài)：當(dāng)變頻器上電且沒(méi)有故障時(shí)，R1A-R1C閉合，R1B-R1C斷開(kāi)；變頻器出現(xiàn)故障或沒(méi)有上電時(shí)，R1A-R1C斷開(kāi)，R1B-R1C閉合。使用這個(gè)接點(diǎn)進(jìn)行故障報(bào)警或作為控制條件時(shí)要正確選擇接點(diǎn)。

2）當(dāng)設(shè)置為提升宏后，輸出缺相保護(hù)激活并且不能修改，這樣當(dāng)不帶電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)將受到一些影響。

第二步電機(jī)銘牌參數(shù)的輸入與參數(shù)優(yōu)化

在電機(jī)控制菜單中，我們需要輸入以下電機(jī)銘牌參數(shù)，目的是為了讓變頻器識(shí)別電機(jī)的電氣指標(biāo)，以便實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。電機(jī)參數(shù)輸入不正確會(huì)引起輸出的不穩(wěn)定，導(dǎo)致電機(jī)的劇烈振動(dòng)，額外發(fā)熱及變頻器的損壞。

本機(jī)起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如下：

1）額定功率：90KW

2）額定電壓：380V

3）額定電流：182A

4）額定頻率：50Hz

5）額定速度：735r/min

上述參數(shù)設(shè)定后，變頻器將能夠正確識(shí)別和控制電機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)最佳控制，需執(zhí)行電機(jī)參數(shù)自整定。注意：電機(jī)參數(shù)自整定只能在變頻器可靠連接匹配的電機(jī)后才可以進(jìn)行，如果不帶電機(jī)或電機(jī)和變頻器的規(guī)格不匹配就不能進(jìn)行自整定。

自整定：將NO改為YES，變頻器將向電機(jī)注入一定次序的電壓和電流?？梢栽诓僮髌魃峡吹竭\(yùn)行電流在變化，但電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這一點(diǎn)施耐德和別的品牌不一樣，它不需要將電機(jī)與負(fù)載脫開(kāi)就可以進(jìn)行自整定，這也是施耐德技高一籌的地方。

第三步設(shè)置抱閘控制邏輯

起升的速度給定為模擬量輸入，不需要做速度給定的設(shè)定，變頻器的速度給定系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別。接下來(lái)設(shè)置抱閘控制邏輯：

在1.7“應(yīng)用功能”菜單中，找到“制動(dòng)控制邏輯”功能，適當(dāng)設(shè)置如下參數(shù)：

運(yùn)動(dòng)類(lèi)型垂直升降

制動(dòng)脈沖YES

剎車(chē)釋放電流59A

剎車(chē)釋放時(shí)間0.5秒（剎車(chē)放開(kāi)需要的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間）

剎車(chē)釋放頻率2Hz（電機(jī)滑差頻率）

抱閘頻率2Hz（電機(jī)滑差頻率）

剎車(chē)閉合動(dòng)作延時(shí)0.1秒

剎車(chē)閉合動(dòng)作時(shí)間0.5秒（剎車(chē)閉合需要的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間）

第四步在1.3“設(shè)置”菜單中設(shè)置：

加速時(shí)間3秒

減速時(shí)間3秒

低速頻率5Hz（第一段速頻率）

高速頻率可能的最高頻率

速度環(huán)比例增益40%

速度環(huán)積分時(shí)間100%

至此，變頻器的設(shè)置基本完成。施耐德變頻器的調(diào)試相對(duì)其他品牌要簡(jiǎn)單得多，具體設(shè)置的參數(shù)如下表一所示：

表一起升機(jī)構(gòu)變頻器參數(shù)設(shè)置表

7常見(jiàn)故障代碼及處理

調(diào)試時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)各式各樣的問(wèn)題,但必須保證在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，電流不超過(guò)變頻器額定電流的150%,下表為試運(yùn)行時(shí)常見(jiàn)的故障代碼及修復(fù)措施:

8結(jié)束語(yǔ)

施耐德ATV71變頻器應(yīng)用在老撾南歐江六級(jí)水電站150t+150t雙小車(chē)橋式起重機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，經(jīng)調(diào)試：兩吊點(diǎn)起制動(dòng)非常平穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)沖擊小，并能很好地控制機(jī)構(gòu)抱閘系統(tǒng)，徹底解決了起升溜鉤疑難問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了兩吊點(diǎn)的同步控制。該系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性、可靠性和安全性而深受用戶好評(píng)。

作者簡(jiǎn)介

張煜明(1964-),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,在水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所工作,主要從事起重機(jī)械電氣傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。