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偉創(chuàng)AC80矢量型變頻器在卷揚機上的應用

一、前言

    卷揚機又叫絞車，由人力或機械動力驅動卷筒、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械。分手動和電動兩種。

    電動卷揚機由電動機、聯軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升度高和裝卸量大，工作繁忙的情況下，要求調速性能好，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。

    卷揚機包括，電動卷揚機，建筑卷揚機，微型卷揚機主要產品有：JM電控慢速大噸位卷揚機、JM電控慢速卷揚機、JK電控高速卷揚機、JKL手控快速溜放卷揚機、2JKL手控雙快溜放卷揚機、電控手控兩用卷揚機、JT調速卷揚機等，僅能在地上使用，可以通過修改用于船上。它以電動機為動力，經彈性聯軸節(jié)，三級封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯軸節(jié)驅動卷筒，采用電磁制動。卷揚機產品通用性高、結構緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉移方便，被廣泛應用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現代化電控自動作業(yè)線的配套設備。

二、傳統卷揚機的控制方式

    卷揚提升機的工作特點是：啟動速度慢，轉矩大，加速平滑，停車平穩(wěn)、準確。傳統的調速方法是：采用繞線轉子異步電動機，通過集電環(huán)和碳刷在轉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速。

但存在以下缺點：

（1）串聯電阻調速，其調速變化呈跳躍狀，使得減速機齒輪、天輪、中輪、料車與斜橋導軌之間，在加減速運行階段均受到沖擊力的作用，設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。

（2）串聯電阻調速范圍小，使得料車速度呈突變，減速后停車時仍有較高轉速，對制動器和限位開關的調整精度要求高，且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產。

（3）串聯電阻調速，使得料車起動及減速時，大部分電能消耗在電阻器上；當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉差率增大，嚴重時，料車無法啟動，易于產生事故。

（4）能耗高，低速機械特性軟。因為轉速的降低是通過轉子外接電阻消耗能量來實現的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經濟，而且電網電壓的高低對速度影響很大。

附表：轉子串電阻調速與變頻調速的比較

三、 AC80 矢量變頻器卷揚機控制方案

      偉創(chuàng) AC80 矢量型變頻器采用全球領先的矢量控制算法，把電機定子電流按坐標變換分解為轉矩電流分量和勵磁電流分量，從而實現精確的轉矩控制。與 V/F 控制算法相比具有低頻力矩特性好，動態(tài)響應特性好，速度控制精度高等優(yōu)點。

當變頻器有 0.50Hz 輸出時即有 180% 以上的高起動轉矩，保證懸空起動及低速運轉時的電機力矩，并可在  1:50 的速度范圍內（ 1 ～ 50Hz ）以 100% 轉矩連續(xù)運行。速度調速偏差小于 ±1% 。并利用一個高速微處理器和最新一代 DSP 來提高響應速度，在提升設備中對防止 “ 滑落 ” 很有效果，轉矩響應時間約 0.1 秒便可達到 150% 的轉矩。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，需增設能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。進行制動時制動電阻與電機內部的有功損耗部分結合成制動轉矩。

1 ）傳統控制的變頻改造

 1 、短接繞線電機轉子繞組，取消原串電阻調速方案；也可設計切換回路，將原串電阻調速方案作為備用方案。

 2 、將電機抱閘系統獨立供電，由變頻器輔助控制。

 3 、將原調速裝置改造，使其可以控制變頻器速度。

 4 、將變頻器故障保護信號串入安全回路。

該方案改造簡單設備投資少，可以很好的利用原控制系統，且不改變操作工人的操作習慣。它適合控制系統較完善的卷揚機系統變頻改造。

2 ）成套卷揚機變頻控制系統

 1 、采用 AC80 矢量型變頻器作為調速系統核心，采用 PLC 作為控制系統核心。

 2 、根據配置不同可設計多種保護。且可按需要靈活定制控制系統。

根據卷揚機工藝控制要求及信號系統發(fā)出的信號指示，控制卷揚機的啟動，加速運行，減速，停車等過程，運行平穩(wěn)可靠。

 (1) 實現卷揚機的行程監(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) 實現卷揚機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，調試方便且維護量小。同時具有良好的閉環(huán)性能。

 (3) 提高卷揚機運行的安全可靠性和控制技術水平，對降低設備故障率，提高生產效率，減輕操作人員的勞動強度發(fā)揮著重要作用。

 (4) 安全保護及聯鎖功能。安全回路閉鎖了卷揚機的運行條件，只有當外部設備運行正常，具備開車條件后，才允許卷揚機運轉，安全回路閉鎖了卷揚機的全部重故障保護信號，故障一旦發(fā)生，卷揚機立即進入緊急制動；排除故障后方可繼續(xù)運行。

（5） 完善的綜合后備保護功能。

（ 6 ）利用光電編碼器實現對卷揚機的運行速度及位置的數字化檢測和控制，提高系統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”“電池電壓低”“數據傳送錯誤”應能可靠檢測出來并采取相應的保護措施。

（ 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能用 PLC 進行限速開車。

（ 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大的措施。

四、結束語

      偉創(chuàng) AC80 矢量變頻器以其優(yōu)異的性能，大大的提高了傳統卷揚機運行穩(wěn)定性和安全性，減少了設備的維護工作。偉創(chuàng)電氣為卷揚機定制的控制系統集合了眾多安全技術和自動控制功能，為卷揚機設備廠家提供了全套電控解決方案，也可使老舊的卷揚機煥發(fā)青春。自推出使用以來，獲得了用戶的一致好評，也解決了眾多機械廠家電控落后的問題，取得了良好的社會效益和經濟效益。