黃紹隆

【摘要】抓斗行車是工礦企業(yè)生產現(xiàn)場的常用設備，本文對抓斗行車的變頻技術改造進行了探討，闡述了變頻調速系統(tǒng)的功能特性，對抓斗行車變頻控制系統(tǒng)的電氣配置進行了較為詳細的論述，并對改造過程中出現(xiàn)的一些問題及解決方案進行了探討。

【關鍵詞】抓斗行車；行車改造；變頻控制；變頻器

行車是工業(yè)企業(yè)生產現(xiàn)場的常用設備，又稱為吊車，為一種橋式起重機械設備，在工礦企業(yè)中的應用十分廣泛。多數(shù)行車是通過吊鉤來實現(xiàn)對現(xiàn)場物料的搬運，當現(xiàn)場需要搬運的物料為粉狀或碎粒物時，則需要通過抓料斗來進行物料的搬運，這樣的行車就是抓斗行車。傳統(tǒng)的抓斗行車控制方式比較落后、保護功能比較單一，通常只具備過流與過載保護，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性較差。此外，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能耗較大，電能浪費現(xiàn)象較為嚴重。因此，對傳統(tǒng)老式抓斗行車調速系統(tǒng)進行變頻技術改造，對提高行車工作效率、減少電能消耗和設備維護工作具有重要的意義。

1、變頻調速系統(tǒng)的功能特性

1）變頻調速系統(tǒng)控制電機可以保持在啟動時的轉矩輸出接近額定轉矩，且具有較強的抗沖擊與過載能力，對于需要電機頻繁正反轉的場合具有較高的適用性。2）可以與各種傳感器組合構成矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有多段速控制方式，可以滿足行車運行的各種要求。3）軟件功能強大，提供各類工程流程所需的應用宏。4）保護功能完善，具備過壓、過流、欠壓、缺相保護功能；具備變頻過熱、電機過載保護功能；具備電動機失速保護、電動機欠載保護等各種保護功能。5）具備標準的RS232通訊接口，可實現(xiàn)與微機的通訊以及遠程診斷，可以實現(xiàn)各類應用宏程序的下載安裝。6）具有動態(tài)制動的特點，可采用外部連接制動電阻或使用內部制動電阻的制動斷續(xù)器，有效控制、改變電動機運行狀態(tài)。

2、電氣系統(tǒng)的配置

2.1 變頻器的選擇。根據(jù)行車提升部分所選用電機的特性以及作業(yè)特點，主卷電機和閉合電機所選用的變頻器應是高性能的矢量變頻器。在功率選擇上，應充分考慮到系統(tǒng)長期使用有可能出現(xiàn)的超載狀況，變頻器的功率選擇應比電機功率高出1檔或2檔。抓斗行車提升部分的閉合電機除負責抓斗的開閉功能實現(xiàn)外，還需要與主卷電機配合來完成抓斗的提升作業(yè)，這也就是說，抓斗行車的提升過程是由主卷電機與閉合電機共同出力完成的，這就涉及到提升時主卷與閉合鋼絲繩的受力平衡問題。行車抓料斗在抓料完成時，主卷鋼絲繩是處于松弛狀態(tài)，控制主卷與閉合電機的變頻器若都為速度控制方式，那么就會導致閉合電機、變頻器以及鋼絲繩過載。因此，對于控制主卷電機的變頻器來說，應具備速度/轉矩控制在線切換功能，而控制閉合電機的變頻器來說，應具備轉矩輸出功能，兩臺變頻器通過有效的邏輯配合才能解決受力平衡問題。

2.2 速度反饋（編碼器）。編碼器是一種將旋轉位移轉換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，與齒輪條或螺旋絲杠結合在一起，也可用于測量直線位移。為更好地實現(xiàn)空中起車和轉矩控制功能，可選用與變頻器品牌配套的編碼器，編碼器通過軸套與電機軸相連接，可充分利用變頻器轉矩控制功能與伺服功能，確保消除啟停時的“溜鉤”現(xiàn)象。

2.3 制動單元和制動電阻。行車的作業(yè)是在水平面兩個方向上進行往復運動的過程，在進行上下升降作業(yè)時，下降過程中電機是處于發(fā)電狀態(tài)，由此產生的電能叫做再生能量，電機再生能量會導致變頻器直流母線電壓的升高，因此，必須選用制動單元和制動電阻來將這種再生能量消耗掉，避免變頻器因直流母線電壓的升高而產生危險。對于制動組件的選擇，其配置容量以變頻器的容量為依據(jù)，可適當放大配置。一些品牌的變頻器會提供配套的制動組件，其制動能力通常會較一般配置的要好，可優(yōu)先選用。

2.4 PLC。PLC又叫可編程控制器，采用該裝置可有效提高系統(tǒng)的自動化水平，實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制。應用在抓斗行車控制系統(tǒng)，其主要功能包括：控制變頻器的啟停；精確控制抱閘；對主卷變頻器速度控制與轉矩控制方式進行切換控制；實現(xiàn)系統(tǒng)的安全連鎖功能。

3、改造過程中出現(xiàn)的問題及解決措施

3.1 停車時抓料斗關閉不嚴。在系統(tǒng)運行調試過程中，出現(xiàn)了停車時抓料斗關閉不嚴的問題，造成這種問題的原因是由于抓斗停止時，抱閘的機械動作相比與變頻器的指令輸出具有一定的滯后性，變頻器過早的停止輸出而抱閘動作沒有及時跟上，造成抓料斗在靜止狀態(tài)下出現(xiàn)自動下滑的現(xiàn)象，也就是所謂的“溜鉤”。針對具體問題，可通過修改變頻器設置參數(shù)以及延長閉合電機減速時間來解決。將變頻器的停止頻率由原來的0HZ修改為2HZ，這種提升和開閉電機啟動與停止的初始轉矩得到了加強，但不宜設置過高，否則會影響抱閘閘皮的使用壽命；將閉合電機的減速時間延長0.5s左右，這樣便將抱閘的機械動作延時加了進來，確保了抱閘動作與變頻指令在時間上的一致。

3.2 提升電機與開閉電機出力不平衡問題。對于此問題的解決，可以通過將控制提升與開閉電機的變頻器的力矩輸出端子進行連接，以開閉電機的力矩輸出做為提升電機啟動運行的信號源，這樣一來，當開閉電機的力矩輸出達到設定水平后（可設置為提升電機額定轉矩的20%），提升電機便啟動運行，快速運轉來追趕開閉電機的輸出，這樣便可以在很短時間內達到二者的出力平衡，避免提升電機堆繩與閉合電機跳車。此外，通過分別設置提升電機與開閉電機變頻器的最高頻率，也可以達到調節(jié)二者出力平衡的作用。將控制開閉電機的變頻器的最高頻率設置低于控制提升電機的變頻器大概10HZ左右，便可使提升電機的出力在短時間內追趕上開閉電機，達到二者的出力平衡。

3.3 整流單元放炮故障的處理。在抓斗行車變頻改造調試運行過程中，出現(xiàn)了整流單元放炮的故障，分析發(fā)現(xiàn)是制動單元的外接電阻因為電機的頻繁啟停而造成了局部過熱的現(xiàn)象；此外，制動電阻接線端子與其連接導線間距過小，引起連接導線絕緣老化而短路，造成整流單元損壞。針對上述原因，對制動單元及制動電阻的設計裝配進行了相應的改進，之后的運行過程中沒有再發(fā)生此類故障。

4、結束語

對抓斗行車進行變頻改造后，很好的解決了系統(tǒng)的安全性與可靠性的問題，而且在節(jié)能方面具有較為突出的表現(xiàn)，行車運行效率低、能耗高的問題得到了較好的改善。此外，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，調速性能大為提高，速度控制的精度也得到提高，且很好的解決了主卷電機與開閉電機間的出力平衡問題，提高了控制元件的使用壽命，有效降低了系統(tǒng)的故障率以及維護成本，在實際的運行中體現(xiàn)了較高的綜合效益。