李晉

摘 要：本文主要是研討天車電動(dòng)機(jī)利用變頻技術(shù)更新改造后減少故障減少維修任務(wù)的可行性。

關(guān)鍵詞：行車；電動(dòng)機(jī)；變頻應(yīng)用；減少故障率

前言：行車，也叫天車、天車起重吊，行吊，在我們工廠車間里面經(jīng)常能夠看到它們?cè)诼÷÷〉貋?lái)回工作著。它是一種有固定軌道的在車間廠房高處作業(yè)的起重機(jī)械，它的主要?jiǎng)恿?lái)自于三相電動(dòng)機(jī)，行走和起吊重物都是如此。生產(chǎn)過程中，科學(xué)控制電動(dòng)機(jī)的技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在機(jī)械設(shè)備的控制中，電氣控制也比其它的控制方法使用的更為普遍。我們太原化學(xué)工業(yè)廠是1958年建造的老單位，設(shè)備陳舊落后，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)逐年攀升，競(jìng)爭(zhēng)力日益減弱。為了能夠節(jié)能降耗，我提出了對(duì)各個(gè)生產(chǎn)車間的行吊進(jìn)行PLC變頻系統(tǒng)改造，廠領(lǐng)導(dǎo)研究同意在機(jī)修車間進(jìn)行試點(diǎn)， 機(jī)修車間是有大小兩部單梁天車式的起重機(jī)。

PLC變頻系統(tǒng)簡(jiǎn)介：PLC系統(tǒng)的控制是采用梯形語(yǔ)言，梯形語(yǔ)言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語(yǔ)言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能，使用靈活的指令，編程容易，讀寫性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種的機(jī)械或生產(chǎn)過程。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大地推動(dòng)了PLC的發(fā)展，使得PLC的功能日益增強(qiáng)，通過輸入輸出的接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系它可以很容易的完成邏輯方面的處理，各種非順序操作，定時(shí)操作，計(jì)數(shù)記點(diǎn)，數(shù)字運(yùn)算等，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛的運(yùn)用于眾多行業(yè)。結(jié)合當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)推廣，運(yùn)用電動(dòng)機(jī)成熟的節(jié)能技術(shù)是各企業(yè)降低成本的一個(gè)手段。

現(xiàn)場(chǎng)分析：

1.行吊通過轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻這種方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速，會(huì)改變起重電動(dòng)機(jī)原本的特性曲線，在利用轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行調(diào)速時(shí)，會(huì)影響電機(jī)固有的機(jī)械頭特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著負(fù)載變化而變化，無(wú)法達(dá)到理想的調(diào)速效果，并且轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻，在起重電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，能源利用率低，會(huì)浪費(fèi)大量的電能。

2.通常情況下，行車的運(yùn)行環(huán)境都比較惡劣，工作任務(wù)繁重，而接觸器和繼電器的穩(wěn)定性和可靠性相對(duì)較差，經(jīng)常發(fā)生電機(jī)燒損、外串電阻燒壞、碳刷冒火、觸頭燒損等問題，故障率較高，運(yùn)行維護(hù)周期較短，會(huì)耽誤正常的生產(chǎn)運(yùn)行。而且駕駛室操作人員長(zhǎng)期在高處收到灰塵、氣體等物的污染，吊運(yùn)物體時(shí)經(jīng)常需要下方人員配合指揮十分不便，具有很大的安全隱患，因此需要給設(shè)備升級(jí).經(jīng)過比對(duì)和研究，PLC的變頻技術(shù)躍然紙上。

改造方案實(shí)施：

1. 選用變頻器

一般情況下，行車主要包括起升機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)可按照起重電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求進(jìn)行倒拉反接、再生制動(dòng)或者電動(dòng)，平移機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)主要處于電動(dòng)狀態(tài)，行車要求電動(dòng)機(jī)必須具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特別是起重電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，起重電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)過程中需要較大的轉(zhuǎn)矩，低速運(yùn)行時(shí)也必須輸出力矩大。結(jié)合行車的運(yùn)行負(fù)載特點(diǎn)，可以選擇具有矢量控制和 PWM 控制的變頻器，比如火車東站貨運(yùn)站臺(tái) 500/50/10T起重電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造準(zhǔn)備采用 ABB 公司的 ACS800 系列變頻器，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，它在起重行業(yè)應(yīng)用廣泛，性能可靠，這種變頻器在低速運(yùn)行時(shí)可以輸出較大的額定轉(zhuǎn)矩，具有較強(qiáng)的過流抑制能力和較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，調(diào)速范圍比較寬，尤其是利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩控制能力非常強(qiáng)，還可穩(wěn)定控制精致轉(zhuǎn)矩，確保電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)和懸空起升過程中，電動(dòng)機(jī)滿足輸出高力矩的應(yīng)用要求。{引自產(chǎn)品說(shuō)明書}利用變頻器完善的保護(hù)性能和優(yōu)越的調(diào)速和軟啟動(dòng)性能，可以代替轉(zhuǎn)子外串電阻的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，極大地提高了起重電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。同時(shí)行車應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)主電路不需要設(shè)置觸點(diǎn)，有效避免了頻繁操作接觸器觸頭而造成燒損和拉弧現(xiàn)象，將繞線式交流電動(dòng)機(jī)替換為可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鼠龍型電機(jī)，可完全消除電阻箱、碳刷和滑環(huán)等故障隱患，提高天車的安全運(yùn)行水平。

2. PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

行車的副鉤、主鉤、小車和大車都要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，為了保障起重機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)設(shè)計(jì)各種獨(dú)立調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行，一臺(tái)變頻器可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，為了提高行車操作控制的可靠性和靈活性，保留行車上駕駛室操作控制功能，對(duì)行車上駕駛室和地面遙控操作涉及兩個(gè)并行、獨(dú)立的操作系統(tǒng)，工作人員可以通過選擇不同的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的操作功能{參考：劉巖梅}。PLC 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比較常見，產(chǎn)品說(shuō)明書一般都有。PLC 可編程控制器主要實(shí)現(xiàn)天車的操作控制電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)序、邏輯編程控制，由地面反射系統(tǒng)發(fā)出照明、電鈴、啟動(dòng)、停止等控制信號(hào)，通過遙控接收系統(tǒng)進(jìn)行接收，然后經(jīng)過信號(hào)放大電路進(jìn)行信號(hào)處理，最后再通過電氣的無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換成有線電流信號(hào)輸入到 PLC 模塊。行車駕駛室的操作控制改為地面遙控操作，這樣就非常的安全。行車變頻調(diào)速的各種限位、超重極限、門極限等控制信號(hào)進(jìn)行電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換以后也輸送到 PLC 模塊。在該系統(tǒng)中，合理地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，再經(jīng)過電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換以后輸送到變頻器控制端子，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中調(diào)速等控制功能。行吊在起升控制過程中，通過 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過變頻器將電流信號(hào)進(jìn)行電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換器后發(fā)送到操作控制模塊，為了避免變頻器發(fā)生故障或者突然斷電時(shí)，起重電動(dòng)機(jī)上的重物下滑，可以保留原有的斷電抱閘結(jié)構(gòu)。{參考：孫亦珍}

3. 變頻器調(diào)試

（1） 初始上電調(diào)試。檢查行車起重電機(jī) T、S、R 端和電源線的連接，將負(fù)載連接 W、V、U 端子，變頻器與制動(dòng)單元連接時(shí)，確保變頻器直流母線和制動(dòng)單元的正負(fù)極性保持一致，連接制動(dòng)單元時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)接地和短路的現(xiàn)象。同時(shí)檢查各個(gè)電路的接線是否正確，萬(wàn)用表檢查外露金屬部分是否有接地、短路現(xiàn)象，確保所有接地端子牢固穩(wěn)定。

（2） 空載調(diào)試。變頻器的初始化參數(shù)設(shè)定完成后，應(yīng)進(jìn)行空載調(diào)試，在變頻器操作盤上設(shè)定起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度，然后啟動(dòng)變頻器，使起重電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行五分鐘。同時(shí)，在正、反兩個(gè)方向上進(jìn)行高頻、中頻和低頻的試運(yùn)行，試運(yùn)行過程中仔細(xì)觀察電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速和變頻器輸出頻率是否一致，加速和減速是否平滑、電機(jī)和變頻器運(yùn)行是否存在奇怪聲音、電機(jī)溫度上升是否正常等。

（3） 負(fù)載調(diào)試。在高頻、中頻、低頻條件下變頻器必須保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，留意查看變頻器操作盤上的靜態(tài)指示電流，不允許超過行車上電動(dòng)機(jī)的額定電流。同時(shí)，在上下來(lái)回的加減速當(dāng)中，應(yīng)注意減速和加速過程中的電壓和電流值，適當(dāng)調(diào)整起重電動(dòng)機(jī)的減速和加速時(shí)間，在滿載狀態(tài)下仔細(xì)觀察調(diào)試起重曲線參數(shù)，確保機(jī)械負(fù)載、電機(jī)和各機(jī)構(gòu)變頻器的功率和轉(zhuǎn)矩配合正確，各種操作控制功是否正常好用。

結(jié)束語(yǔ)

改造是成功的，行車通過應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可有效解決很多問題，并且極大地提高了天車操作控制的靈活性和電氣傳動(dòng)的可靠性，通過計(jì)算經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)也是可觀的，機(jī)修車間的改造費(fèi)用幾個(gè)月就可收回支出成本，其中沒有計(jì)算故障維護(hù)周期的延長(zhǎng)的效益，改造的天車運(yùn)行平穩(wěn)，故障率明顯下降。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫亦診.電動(dòng)機(jī)的節(jié)能問題淺析[J].科技信息，2011（25）：44-46.

[2]劉巖梅.電動(dòng)機(jī)節(jié)能探討[J].職教與成教，2012（66）：11-13.

作者簡(jiǎn)介：

李 晉（1968—）男，陜西長(zhǎng)安人，電氣技術(shù)員，電氣工程