李毅

（寶鋼股份武鋼有限煉鋼廠，湖北 武漢 430083）

當(dāng)今變頻器產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以應(yīng)用于大型起重機(jī)的大功率提升電機(jī)，使得電機(jī)可以在零速低電壓啟動，能最大效率地使用電能，并按照實際需要進(jìn)行光滑的調(diào)速，減少機(jī)械振動、磨損，提高機(jī)械部件和電機(jī)的壽命。將ABB 提升型數(shù)字變頻器應(yīng)用于武鋼有限煉鋼廠450t 吊車起升機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)電機(jī)的高效平穩(wěn)運(yùn)行，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 ABB 提升型變頻器傳動系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 變頻器傳動系統(tǒng)主動力電路構(gòu)成

變頻器傳動系統(tǒng)主動力電路主要由以下三部分構(gòu)成：ABB提升型變頻器、變頻電機(jī)及制動電阻器，圖1 中電氣部件1、2、3、4 均屬于變頻器內(nèi)部元器件。

圖1 變頻器傳動系統(tǒng)主動力電路

1.2 變頻器傳動系統(tǒng)主動力電路工作原理

傳動系統(tǒng)動力電源接入變頻器后，經(jīng)過整流單元，將三相交流電壓轉(zhuǎn)為直流電壓，變頻器電容組起到穩(wěn)定中間回路直流電壓的作用。IGBT 逆變器在外部控制信號及變頻器內(nèi)部控制邏輯命令下，將直流電壓轉(zhuǎn)換成需要的交流電壓來控制電機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)處于減速停機(jī)過程中時，直流電壓將升高，當(dāng)直流電壓升高到限定值時，制動斬波器開始工作，釋放制動時電機(jī)側(cè)反饋到中間直流母線的多余電能，并通過與變頻器連接的外部制動電阻器將電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，保護(hù)主動力電路。

1.3 變頻器傳動系統(tǒng)控制回路組成

控制回路主要由PLC、變頻器外部I/O 控制模塊及中間繼電器組成。變頻器通過數(shù)字量信號進(jìn)行控制，因RMIO 控制模塊數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù)量不足，因此，需要用到RDIO-01 擴(kuò)展數(shù)字模塊，控制方案如圖2 所示。

圖2 變頻器傳動系統(tǒng)控制方案

1.4 變頻器傳動系統(tǒng)控制回路工作原理

（1）起動條件。變頻器上電后，無故障報警時，變頻器輸出“裝置故障（取反）”信號，通過中繼將該信號傳給PLC。變頻器無故障且檢測DC 母線電壓正常時，變頻器輸出“裝置準(zhǔn)備好”信號，通過中繼將該信號傳給PLC。

PLC 程序判斷控制器的零位信號、動力及操作電源開關(guān)信號、電機(jī)的過熱及超速等保護(hù)裝置信號、變頻器“裝置準(zhǔn)備好”及“裝置故障（取反）”信號均正常時，程序輸出“起動使能”信號，該P(yáng)LC 輸出點(diǎn)在程序內(nèi)將控制器零位條件自鎖，同時控制“起動使能”中繼吸合，通過中繼將該信號傳入變頻器控制模塊，此時，變頻器滿足起動條件。

（2）運(yùn)行原理。變頻器滿足起動條件后，當(dāng)控制器推到上升或下降檔位時，PLC 程序控制“上升”或“下降”中繼吸合，通過中繼將方向信號傳給變頻器。此時，“上升”及“下降”信號即為主令一檔速度。當(dāng)控制器推出到二檔、三擋及四檔時，PLC 程序依次控制“主令二檔”“主令三檔”“主令四檔”中繼吸合，通過中繼將信號傳給變頻器。

變頻器根據(jù)接收到的“起動使能”信號、方向信號及檔位信號的邏輯，按設(shè)定參數(shù)條件控制電機(jī)運(yùn)行，同時輸出“制動器打開”信號給PLC，控制電機(jī)的機(jī)械制動器打開。PLC 采集到機(jī)械制動器的打開極限信號后，通過程序輸出“制動器打開信號檢測”信號，控制該中繼吸合，將該檢測信號反饋回變頻器，確保正常安全運(yùn)行。

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)碰到安全預(yù)極限位后，PLC 只能輸出“上升”或“下降”信號到變頻器，封鎖“主令二檔”、“主令三檔”及“主令四檔”信號，電機(jī)只能以一檔的速度慢速運(yùn)行。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)碰到安全停止極限位后，PLC 封鎖方向信號，使變頻器控制電機(jī)停止運(yùn)行。

（3）停機(jī)原理?？刂破骰氐搅阄缓?，PLC 程序控制“零位”中繼吸合，方向信號及檔位信號中繼均釋放。變頻器控制電機(jī)減速制動，同時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近相對零速時，關(guān)閉“制動器打開”信號，通過PLC 控制電機(jī)的機(jī)械制動器閉合。

當(dāng)變頻器運(yùn)行中發(fā)生故障報警或DC 母線電壓不正常時，變頻器關(guān)閉“裝置故障（取反）”或“裝置準(zhǔn)備好”信號，PLC程序封鎖“起動使能”信號及方向信號、檔位信號，變頻器以控制機(jī)械制動器閉合的快速停車方式，使電機(jī)停止運(yùn)行。

2 ABB 提升型變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

2.1 起動數(shù)據(jù)參數(shù)

起動數(shù)據(jù)主要包括電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速等信息，根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)置完畢后要進(jìn)行電機(jī)辨識。為安全起見，做電機(jī)辨識時，應(yīng)脫開負(fù)載進(jìn)行。

2.2 驅(qū)動功能相關(guān)參數(shù)

（1）啟動/停車設(shè)定。要注意的是，啟動特性選擇和預(yù)勵磁時間兩項參數(shù)，啟動特性選擇參數(shù)不改動，仍然保持系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，即設(shè)為恒定勵磁模式。預(yù)勵磁時間參數(shù)指的是在恒定勵磁模式下定義的勵磁時間，應(yīng)用中設(shè)置為500ms。

（2）速度控制。其中包括速度控制的增益、積分時間、微分時間及實際速度的濾波時間等，這些參數(shù)基本保持其系統(tǒng)默認(rèn)典型值。

（3）機(jī)械制動控制。應(yīng)用中將指示ZERO SREED 的電機(jī)轉(zhuǎn)速值設(shè)為20%，ZERO SREED 置“1”前的延時時間設(shè)為200ms，以達(dá)到使電機(jī)接近相對零速抱閘的目的。應(yīng)用中ZERO SREED 指示值不能設(shè)為0 或較低的值，否則，會導(dǎo)致制動命令無法閉合。

2.3 控制端口定義

（1）數(shù)字輸入端口定義。變頻器外部I/O 控制模塊的DI數(shù)字輸入接口的實際輸入信號定義為：DI1 為制動器應(yīng)答，接入“制動器打開信號檢測”中繼信號；DI2 為零位輸入，接入“零位”中繼信號；DI3 為A 方向啟動，接入“上升”中繼信號；DI4 為B 方向啟動，接入“下降”中繼信號；DI_IL 為故障復(fù)位，接入“復(fù)位”中繼信號；擴(kuò)展模塊EXT DI1.1 為急停（取反），接入“起動使能”信號；EXT DI2.1 為速度分級給定2，接入“主令二檔”中繼信號；EXT DI2.2 為速度分級給定3，接入“主令三檔”中繼信號；EXT DI2.3 為速度分級給定4，接入“主令四檔”中繼信號。

（2）數(shù)字輸出端口定義。變頻器外部I/O 板共有3 個數(shù)字輸出接口，應(yīng)用中定義為：第一個輸出RO1 用于控制“制動器打開”繼電器；第二個輸出RO2 用于控制“裝置準(zhǔn)備好”繼電器；第三個輸出RO3 用于控制“裝置故障（取反）”繼電器。

2.4 保護(hù)功能參數(shù)

（1）制動斬波器。應(yīng)用中，需要激活制動斬波器的控制及制動電阻的過載保護(hù)功能，使電機(jī)在制動過程中反饋到直流母線的電能被電阻吸收，防止燒損主回路。同時，制動斬波器的控制模式要設(shè)定為當(dāng)直流電壓超過制動極限電壓的時候，制動斬波器才允許工作。

（2）故障功能。主要將通信中斷、電機(jī)過熱和過載、電機(jī)缺相及接地故障等情況下的相應(yīng)參數(shù)設(shè)置為故障跳閘（FAULT），以起到保護(hù)作用。

3 結(jié)語

將ABB 公司ACC 800 提升型變頻器應(yīng)用到450t 鑄造橋式起重機(jī)的提升系統(tǒng)后，大大簡化了其他的配套設(shè)備，應(yīng)用以來保持著長時間連續(xù)運(yùn)行低故障的工作狀態(tài)。同時，由于變頻器對電機(jī)的功率優(yōu)化控制，使得系統(tǒng)運(yùn)行效率很高，在節(jié)能降耗方面有積極的作用。