偉創(chuàng)變頻器AC80矢量型變頻在卷揚機(jī)上的應(yīng)用
一、前言
卷揚機(jī)又叫絞車，由人力或機(jī)械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜拽引重物的簡單起重機(jī)械。分手動和電動兩種。
電動卷揚機(jī)由電動機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機(jī)架上。對于起升度高和裝卸量大，工作繁忙的情況下，要求調(diào)速性能好，特別要空鉤能快速下降。對安裝就位或敏感的物料，要能以微動速度下降。
卷揚機(jī)包括，電動卷揚機(jī)，建筑卷揚機(jī)，微型卷揚機(jī)主要產(chǎn)品有：JM電控慢速大噸位卷揚機(jī)、JM電控慢速卷揚機(jī)、JK電控高速卷揚機(jī)、JKL手控快速溜放卷揚機(jī)、2JKL手控雙快溜放卷揚機(jī)、電控手控兩用卷揚機(jī)、JT調(diào)速卷揚機(jī)等，僅能在地上使用，可以通過修改用于船上。它以電動機(jī)為動力，經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)，三級封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動卷筒，采用電磁制動。卷揚機(jī)產(chǎn)品通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應(yīng)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設(shè)備。
二、傳統(tǒng)卷揚機(jī)的控制方式
卷揚提升機(jī)的工作特點是：啟動速度慢，轉(zhuǎn)矩大，加速平滑，停車平穩(wěn)、準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的調(diào)速方法是：采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，通過集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉(zhuǎn)速。
但存在以下缺點：
（1）串聯(lián)電阻調(diào)速，其調(diào)速變化呈跳躍狀，使得減速機(jī)齒輪、天輪、中輪、料車與斜橋?qū)к壷g，在加減速運行階段均受到?jīng)_擊力的作用，設(shè)備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導(dǎo)致維修量大，檢修費用增加。
（2）串聯(lián)電阻調(diào)速范圍小，使得料車速度呈突變，減速后停車時仍有較高轉(zhuǎn)速，對制動器和限位開關(guān)的調(diào)整精度要求高，且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產(chǎn)。
（3）串聯(lián)電阻調(diào)速，使得料車起動及減速時，大部分電能消耗在電阻器上；當(dāng)電動機(jī)在電壓下降時，力矩下降，轉(zhuǎn)差率增大，嚴(yán)重時，料車無法啟動，易于產(chǎn)生事故。
（4）能耗高，低速機(jī)械特性軟。因為轉(zhuǎn)速的降低是通過轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來實現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟(jì)，而且電網(wǎng)電壓的高低對速度影響很大。
三、 AC80
矢量變頻器卷揚機(jī)控制方案
偉創(chuàng) AC80 矢量型變頻器采用全球領(lǐng)先的矢量控制算法，把電機(jī)定子電流按坐標(biāo)變換分解為轉(zhuǎn)矩電流分量和勵磁電流分量，從而實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制。與 V/F 控制算法相比具有低頻力矩特性好，動態(tài)響應(yīng)特性好，速度控制精度高等優(yōu)點。
當(dāng)變頻器有 0.50Hz 輸出時即有 180% 以上的高起動轉(zhuǎn)矩，保證懸空起動及低速運轉(zhuǎn)時的電機(jī)力矩，并可在 1:50 的速度范圍內(nèi)（ 1 ～ 50Hz ）以 100% 轉(zhuǎn)矩連續(xù)運行。速度調(diào)速偏差小于 ±1% 。并利用一個高速微處理器和最新一代 DSP 來提高響應(yīng)速度，在提升設(shè)備中對防止 “ 滑落 ” 很有效果，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間約 0.1 秒便可達(dá)到 150% 的轉(zhuǎn)矩。下落時，變頻器將受到較高電勢的能量釋放過程，為保證變頻器不過壓跳閘不被擊壞，需增設(shè)能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。進(jìn)行制動時制動電阻與電機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分結(jié)合成制動轉(zhuǎn)矩。
1 ）傳統(tǒng)控制的變頻改造
1 、短接繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，取消原串電阻調(diào)速方案；也可設(shè)計切換回路，將原串電阻調(diào)速方案作為備用方案。
2 、將電機(jī)抱閘系統(tǒng)獨立供電，由變頻器輔助控制。
3 、將原調(diào)速裝置改造，使其可以控制變頻器速度。
4 、將變頻器故障保護(hù)信號串入安全回路。
該方案改造簡單設(shè)備投資少，可以很好的利用原控制系統(tǒng)，且不改變操作工人的操作習(xí)慣。它適合控制系統(tǒng)較完善的卷揚機(jī)系統(tǒng)變頻改造。
2 ）成套卷揚機(jī)變頻控制系統(tǒng)
1 、采用 AC80 矢量型變頻器作為調(diào)速系統(tǒng)核心，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)核心。
2 、根據(jù)配置不同可設(shè)計多種保護(hù)。且可按需要靈活定制控制系統(tǒng)。
根據(jù)卷揚機(jī)工藝控制要求及信號系統(tǒng)發(fā)出的信號指示，控制卷揚機(jī)的啟動，加速運行，減速，停車等過程，運行平穩(wěn)可靠。
(1) 實現(xiàn)卷揚機(jī)的行程監(jiān)視和位置閉環(huán)控制，具有完善的深度和速度顯示及控制功能。
(2) 實現(xiàn)卷揚機(jī)主回路控制器件真空化和無觸點化的要求，采用 PLC 控制，硬件配置簡單，軟件編程靈活，調(diào)試方便且維護(hù)量小。同時具有良好的閉環(huán)性能。
(3) 提高卷揚機(jī)運行的安全可靠性和控制技術(shù)水平，對降低設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度發(fā)揮著重要作用。
(4) 安全保護(hù)及聯(lián)鎖功能。安全回路閉鎖了卷揚機(jī)的運行條件，只有當(dāng)外部設(shè)備運行正常，具備開車條件后，才允許卷揚機(jī)運轉(zhuǎn)，安全回路閉鎖了卷揚機(jī)的全部重故障保護(hù)信號，故障一旦發(fā)生，卷揚機(jī)立即進(jìn)入緊急制動；排除故障后方可繼續(xù)運行。
（5） 完善的綜合后備保護(hù)功能。
（ 6 ）利用光電編碼器實現(xiàn)對卷揚機(jī)的運行速度及位置的數(shù)字化檢測和控制，提高系統(tǒng)控制精度以及可靠性。
（ 7 ）安全回路雙冗余，至少有一路軟件安全回路，一路硬件安全回路。
（ 8 ） PLC 本身故障如“死機(jī)”“電池電壓低”“數(shù)據(jù)傳送錯誤”應(yīng)能可靠檢測出來并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
（ 9 ）一路速度檢測及深度檢測有問題而另一路正常情況下應(yīng)能用 PLC 進(jìn)行限速開車。
（ 10 ）自動發(fā)送位置信號，如減速、停車、定點、過卷信號等；重要的點如減速、過卷有兩路以上共同起作用。
（ 11 ）速度、深度有完全獨立的兩路并進(jìn)行相互比較，比較時間間隔不大于 1 秒，速度、深度不正確的情況下會立即采取必要的防止事故擴(kuò)大的措施。
四、結(jié)束語
偉創(chuàng) AC80 矢量變頻器以其優(yōu)異的性能，大大的提高了傳統(tǒng)卷揚機(jī)運行穩(wěn)定性和安全性，減少了設(shè)備的維護(hù)工作。偉創(chuàng)電氣為卷揚機(jī)定制的控制系統(tǒng)集合了眾多安全技術(shù)和自動控制功能，為卷揚機(jī)設(shè)備廠家提供了全套電控解決方案，也可使老舊的卷揚機(jī)煥發(fā)青春。自推出使用以來，獲得了用戶的一致好評，也解決了眾多機(jī)械廠家電控落后的問題，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
