2018-04-20
塔式起重機是建筑工地上應(yīng)用得十分廣泛的一種起重機械，傳統(tǒng)的控制方式多采用交流饒線式電機串電阻的方法啟動和調(diào)速。
由于長期重載運行，頻繁正、反轉(zhuǎn)，沖擊電流很大，再加上有些場合工作環(huán)境差，電機的滑環(huán)、炭刷及接觸器經(jīng)常損壞，接觸器的觸頭燒毀、炭刷冒火、電機及電阻燒毀現(xiàn)象時有發(fā)生，線路復(fù)雜，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的軸承經(jīng)常需要更換，由于主卷揚機構(gòu)大多是由兩個電機工作在一個軸上，高速電機處于工作狀態(tài)、則低速電機處于制動狀態(tài)，始終處于一個工作、一個制動的矛盾中，在由快速向慢速轉(zhuǎn)換時機械沖擊大，經(jīng)常發(fā)生打齒現(xiàn)象，曾經(jīng)出現(xiàn)過貨物已經(jīng)定位，工人已經(jīng)扶住纜繩，再由快速向慢速切換時，發(fā)生打齒現(xiàn)象，慢速電機制動失靈，非常危險。偶爾也會出現(xiàn)折軸的現(xiàn)象，故障率較高，對生產(chǎn)影響很大，維修量及維護費用也很高。
由于異步電機有著無可倫比的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單堅固、價格便宜、易于維護，因此采用變頻器拖動三相異步電機的控制方式取代傳統(tǒng)調(diào)速方式，可以從根本上解決天車故障率高的問題，而且技術(shù)先進、節(jié)能顯著，是塔式起重機理想的傳動控制裝置。
一、起重機的基本構(gòu)件
1.大車運行機構(gòu)：用于拖動整臺起重機順著工地做“橫向”運動，由電動機、制動器、減速裝置和車輪組成。
2.小車運行機構(gòu)：用于拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動，也由電動機、制動器、減速裝置和車輪組成。
3.提升機構(gòu)：用于拖動重物做上升或下降的起升運動，由電機、減速裝置、卷筒和制動器組成。大型起重機（超過10噸）有兩個起升機構(gòu)：“主鉤”和“副鉤”，通常“主鉤”和“副鉤”不能同時起吊貨物。
4.回轉(zhuǎn)機構(gòu)：拖動橋臂以軸為中心做旋轉(zhuǎn)運動，由于防止跑偏，通常由雙電機、減速機構(gòu)、制動器組成。
二、變頻控制的硬件結(jié)構(gòu)：
在QTZ起重機中，起重量為8噸，提升機構(gòu)采用Y200L-4型異步電機，功率30KW，轉(zhuǎn)速1500rpm；小車采用Y112M-4型異步電機，功率4KW，轉(zhuǎn)速1500rpm；回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用Y112M-4型異步電機，功率4KW轉(zhuǎn)速1500rpm，控制系統(tǒng)中，PLC主要功能是接受控制臺的指令，并檢測各種傳感器的信號，執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的程序步驟；變頻器的主要功能是接受PLC指令，按照程序命令調(diào)整電機的速度。
三、變頻器的選型與設(shè)置：
由于采用PLC為邏輯控制部件，所以變頻器和PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量，SJ300系列使用無速度傳感器矢量控制，具有離線、在線自整定功能，可以對任意三相異步電機進行矢量控制。選型時應(yīng)該根據(jù)負載情況選大一檔，根據(jù)情況選用SJ300-370HFE、SJ300-055HFE，485通訊接口標準配置，便于滿足將來進行聯(lián)網(wǎng)升級的需要。在要求不高的塔吊中，可以不加速度反饋卡為了保證運行精度及運行可靠性，電機速度運行應(yīng)該采用速度閉環(huán)控制，電機轉(zhuǎn)速的檢測由和電機同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器完成，旋轉(zhuǎn)編碼器采用歐姆龍，要求1024脈沖、5V電壓。為使變頻器工作在最佳運行狀態(tài)，應(yīng)該對拖動電機做一下自整定設(shè)定，變頻器遍可以自動識別并儲存電機相關(guān)的內(nèi)部參數(shù)，使變頻器能對該臺電機進行最佳控制。
四、變頻改造時注意問題：
1.回轉(zhuǎn)系統(tǒng)：主要特點：多采用分別拖動方式（即有兩臺電機拖動），調(diào)速范圍一般為6：1范圍內(nèi)；改造方案：采用變頻專用電機，兩臺電機共用一臺變頻器，采用偉創(chuàng)變頻器系列，可以采用矢量控制，使控制精度更精確。
2.小車拖動系統(tǒng)：主要特點：只用一臺變頻器，由于行程較短，故調(diào)速范圍較小，一般范圍在4：1。拖動方案：采用變頻專用電機，變頻器型號選擇偉創(chuàng)變頻器系列。
3.制動方法采用直流制動、再生制動和機械制動相結(jié)合的方法：
A、首先通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的回轉(zhuǎn)或小車的轉(zhuǎn)速迅速而準確地降為“0”，待電磁制動器將軸抱住后再取消運行信號；
B、小車使用的變頻器，由于再生制動僅出現(xiàn)在降速過程中，再生電能通過制動電阻消耗掉即可。但對于回轉(zhuǎn)機構(gòu)使用的變頻器，由于所需要的制動電阻容量較大，非但體積大，產(chǎn)生的熱量也很大，建議常備用。
C、防止溜鉤：在電磁制動器抱住之前和松開之后，極容易發(fā)生重物自由落體下滑現(xiàn)象，防止溜鉤現(xiàn)象應(yīng)該注意的主要問題是：
（1）電磁離合器在通電到松開（或從斷電到抱住）大約需要時間0.6秒左右（根據(jù)型號大小而定）
（2）重物停住的控制過程（利用頻率到達信號，當(dāng)工作頻率下降到設(shè)定頻率后輸出制動電磁鐵斷電信號）
（3）重物升降的控制過程
（4）使用變頻器“0速”150%轉(zhuǎn)矩功能
五、PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
在塔吊控制系統(tǒng)中，有大量的邏輯命令需要處理，這部分工作由PLC來完成，只有對眾多的邏輯信號進行正確的處理，才能控制變頻器拖動電機完成整個塔吊的整個工序。
六、本拖動系統(tǒng)的特點：
1.高可靠性（使用鼠籠機取代繞線式電機，消除電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)）
2.高穩(wěn)定性，在數(shù)字設(shè)定情況下，頻率穩(wěn)定性為最大頻率的+-0.01%（-10OC~50OC），負載變化時，各擋速度基本不變。
3.高制動力矩，快速制動時，通過制動單元和再生電阻可達到0.01MS完成制動。
4.控制靈活，本系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場情況很方便地調(diào)整各檔速度和加、減速的時間，使天車操作更靈活，反映更快；原系統(tǒng)由十分復(fù)雜的接觸器和繼電器系統(tǒng)進行的，故障率高，采用變頻后，控制系統(tǒng)可以大大簡化。
5.效率高：變頻調(diào)速屬于高效調(diào)速系統(tǒng)，運行效率高，發(fā)熱損耗少，無功損耗少，故節(jié)電率較高。
6.運行平穩(wěn)、精度高：變頻器可以實現(xiàn)軟起、軟停，非常平穩(wěn)，無沖擊，停車抱閘時沒有任何溜鉤現(xiàn)象，完全解決了天車的精確定位問題；
7.制動電磁鐵的壽命大為延長（原系統(tǒng)基本是在運動狀態(tài)下進行抱閘，而變頻調(diào)速可以在停住后抱閘，閘皮磨損將大為改善）；操作手柄不再受損（原操作手柄因受力較大屬于易損件，采用變頻器后，受力很小）
變頻器在QTZ80塔吊上成功應(yīng)用，為其它起重機引入該系統(tǒng)提供了很好的借鑒作用，特別是在抓斗式起重機中，由于開抓動作、合抓動作、上升動作、下降動作等一系列動作要求比較嚴格，故PLC的作用更加突出，根據(jù)實測，在當(dāng)前電價水平下，5噸塔吊每天運行8小時，每個月運行30天，大約12~18個月后，節(jié)約的電費便可以沖抵設(shè)備投資成本。
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