摘  要：介紹變頻器在半山發(fā)電有限公司2號裝卸橋控制改造中的應用情況，對系統(tǒng)的組成、變頻器參數(shù)設置及PLC軟件設計作了詳細闡述。
    關(guān)鍵詞：裝卸橋  變頻器  PLC  應用

0 引言
    杭州半山發(fā)電有限公司2號裝卸橋是電廠鐵路卸煤、煤山上煤的關(guān)鍵設備。該裝卸橋起重量5t，跨度40 m，設計平均出力為160 t／h。小車和抓斗機構(gòu)采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，大車機構(gòu)采用頻敏變阻器調(diào)速。工作特點是起動、制動頻繁，停位基本靠反接制動。運行機構(gòu)是大慣量系統(tǒng)，起動、制動時帶來的動載荷不容忽視，裝卸橋在運行時的電氣和機械沖擊都很大，直接影響到各機構(gòu)部件、鋼結(jié)構(gòu)及電氣元件的使用壽命，增加了設備維護工作量，也給安全運行埋下了事故隱患，因此，有必要對原有調(diào)速控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造。改造的基本要求是起動、制動平穩(wěn)，抓斗升降與開閉機構(gòu)能協(xié)調(diào)運作。

1 變頻器的調(diào)速特性
    變頻調(diào)速在控制性能、節(jié)能、可靠性方面具有突出的優(yōu)點，近年來由于技術(shù)的發(fā)展及價格的降低，使其在起重機這一特殊的領(lǐng)域也得到了成功的應用。同時，由于可編程控制器技術(shù)的融入，使其調(diào)速控制性能更加優(yōu)越。
　　2號裝卸橋的負載是恒轉(zhuǎn)矩負載，起、制動頻繁，抓斗機構(gòu)的負載特性在Ⅰ、Ⅲ 、Ⅳ象限，小車機構(gòu)的負載特性在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。經(jīng)過比較，采用ABB公司生產(chǎn)的ACS600系列變頻器。ACS600系列變頻器是采用直接轉(zhuǎn)矩(DTC)控制的變頻器。它與矢量型變頻器比較具有以下特點：
　　(1)從零速開始，不使用電機軸上的脈沖編碼器反饋就可以實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，靜態(tài)速度控制精度可以達到0．1%～0．5%，它可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)控制應用場合，簡化控制系統(tǒng)。
　　(2)開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時間小于5 ms，而矢量型變頻器開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時間卻大于100 ms，在這一點上，ACS600變頻器的優(yōu)點是明顯的。 　　
    (3)變頻器內(nèi)部建有自適應電機模型，通過電機的初始化使每臺電機的靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)都被儲存在變頻器的CPU中，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。
　　(4)具有極好的起動轉(zhuǎn)矩輸出性能，最大起動轉(zhuǎn)矩可以達到300%的額定轉(zhuǎn)矩。
　　(5)帶有滿足各種不同控制需要的軟件，它使得用戶的使用和維護更加方便，系統(tǒng)更加安全可靠。
2 控制系統(tǒng)的改造
2.1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)成
    小車機構(gòu)有兩臺電動機，設置兩臺變頻器分別驅(qū)動，由一套PLC可編程控制器進行管理；抓斗機構(gòu)設有兩臺變頻器分別驅(qū)動升降電機和開閉電機，由另一套PLC可編程控制器進行管理。小車和抓斗機構(gòu)均配有電阻箱對電機實現(xiàn)制動。因大車機構(gòu)起制動不頻繁，工況較好，這次不列入技術(shù)改造范圍內(nèi)，只是將主令控制器信號進入PLC管理，目的是為了避免大車電機的反接制動。
　　主令控制器的信號送入PLC，由PLC進行編碼處理，處理后產(chǎn)生正／反各三檔速度信號指令給變頻器，這時變頻器運行在給定的速度上；當主令控制器發(fā)出停止信號后，變頻器立刻進入制動狀態(tài)，這時制動電阻箱開始工作，電機在設定的時間內(nèi)停車。PLC還對機構(gòu)限位、機械抱閘及故障信號進行處理，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以發(fā)出聲光報警信號?？刂葡到y(tǒng)的構(gòu)成見圖1。
                
                
                
2.2 變頻器參數(shù)設定
2.2.1 變頻器初始化
　　安裝工作結(jié)束后，首先要進行常規(guī)的檢查，如機械抱閘、電氣控制回路等；然后將電機輸出聯(lián)軸器脫開，讓電機處于空載狀態(tài)。做好以上準備工作后給控制設備通電，用變頻器控制面板設定電機的基本參數(shù)，進入電機初始化，這時電機處于變速運行狀態(tài)，整個初始化過程大概需要3～5 min。初始化完畢，裝復電機聯(lián)軸器。
2.2.2 小車機構(gòu)變頻器參數(shù)設定
　　小車機構(gòu)的兩臺電機分別由兩臺變頻器來驅(qū)動，主要是調(diào)整兩臺變頻器速度間的同步問題。由于沒有安裝測速編碼器，速度誤差的累計會引起兩臺電機的不同步 ?？衫米冾l器的速度微調(diào)裝置來消除兩臺電機的速度誤差。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試后，效果令人滿意。
　　小車機構(gòu)變頻器設置正／反各三檔速度，采用順序控制（速度控制）和積分停車，速度為零后啟動機械抱閘。
2.2.3 抓斗機構(gòu)變頻器參數(shù)設定
　　抓斗機構(gòu)電機由兩臺變頻器分別驅(qū)動升降電機和開閉電機，采用力矩跟隨原則來解決兩臺電機間的力矩平衡問題。具體做法是：開閉機構(gòu)采用順序控制（速度控制），而升降機構(gòu)則采用力矩控制，升降機構(gòu)的力矩始終跟隨開閉機構(gòu)，以達到力矩平衡。在開閉機構(gòu)為空載或輕載時，升降機構(gòu)力矩不作跟隨，這時候，升降機構(gòu)也改為了速度控制，這個速度／力矩控制切換信號是PLC進行兩電機力矩比較后發(fā)出的。
　　抓斗機構(gòu)變頻器上升設置三檔速度，下降設置兩檔速度。開閉機構(gòu)變頻器采用順序控制（速度控制）。升降機構(gòu)變頻器采用速度／力矩控制進行控制。抓斗機構(gòu)變頻器采用積分停車，速度為零后啟動機械抱閘。
2.3 PLC軟件調(diào)試
　　本系統(tǒng)采用西門子S7－200系列微型可編程控制器，S7－200可編程序控制器有兩種編程方法，即語句表和梯形圖。梯形圖比較直觀，編程、調(diào)試都很方便，但編程器價格高；用語句表編程速度慢，調(diào)試起來也較麻煩，但其編程器價格低。
　　PLC程序運行是從起始地址0000開始到最后一條地址（即END指令），做反復式巡回掃描，嚴格按梯形邏輯圖邏輯行順序和邏輯行邏輯元素的排列自上而下，從左到右逐字逐句處理程序。這樣，繼電器控制系統(tǒng)很難解決的結(jié)點競爭現(xiàn)象在這里就不會產(chǎn)生，從而保證了控制系統(tǒng)的可靠性。 　　
    力矩信號的檢測是用傳送語句MOVW及比較語句LDW≥來實現(xiàn)的。當開閉機構(gòu)力矩大于設定值時，PLC輸出力矩跟隨信號，升降機構(gòu)作力矩跟隨，使開閉機構(gòu)和升降機構(gòu)的力矩迅速得到平衡。當開閉機構(gòu)力矩小于等于設定值時，PLC的力矩跟隨信號消失，這時升降機構(gòu)與開閉機構(gòu)一樣也按速度宏進行控制。值得注意的是這個力矩設定值應設為＞1／2變頻器額定轉(zhuǎn)矩，否則容易引起兩臺電機速度環(huán)的振蕩。
2.4 原有YZR電機的改造
　　為了利用原有的電機，現(xiàn)將電機的轉(zhuǎn)子回路短接后繼續(xù)使用?？紤]到電機為反復短時工作制，多數(shù)情況為起動、短時額定參數(shù)運行、制動，低速檔通常只是一種很短暫的過渡狀態(tài)，因此風扇的散熱能力與改造前相當，而發(fā)熱量則由于起動電流的控制而少于改造前，因此不再加裝獨立冷卻風扇。
3 改造后的效果
    半山發(fā)電有限公司2號裝卸橋技改項目，小車和抓斗機構(gòu)分別于2001年2～6月改造完畢先后投入運行，運行情況良好，至今沒發(fā)生過故障。
    (1)硬件線路得到簡化，主回路的接觸器全部取消，提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　(2)變頻器所具有的短路、欠壓、過壓、過流、缺相及電機過熱等保護，有效地保護了電機的安全。
　　(3)由于使用了變頻器的軟啟動、勻加減速及防電機反接功能，大大減少了對設備和機械結(jié)構(gòu)的沖擊，延長了設備、構(gòu)件的使用壽命。 　　
    (4)變頻器的直接轉(zhuǎn)矩(DTC)控制保證了抓斗機構(gòu)不發(fā)生溜鉤現(xiàn)象。
　　(5)變頻器的超速保護特性保證抓斗機構(gòu)不會發(fā)生超速運行狀態(tài)。
　　(6)變頻器的力矩跟隨功能使得開閉機構(gòu)、升降機構(gòu)鋼絲繩的受力始終均勻，延長了鋼絲繩的使用壽命。
　　(7)由于變頻器內(nèi)部建有自適應電機模型，從而實現(xiàn)了電機的精確控制，使得兩臺小車電機的運行保持高度同步。
　　(8)取消了原來用于調(diào)速的轉(zhuǎn)子電阻，減少了系統(tǒng)的能耗。
　　(9)大大地減少了設備的維護工作量。