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?jiǎn)?dòng)，能最大效率地使用電能，并按照實(shí)際需要進(jìn)行光滑的調(diào)速，減少機(jī)械振動(dòng)、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(shí)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(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)力電路構(gòu)成

變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)力電路

1.2 變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)力電路工作原理

傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)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(hào)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(shí)，直流電壓將升高，當(dāng)直流電壓升高到限定值時(shí)，制動(dòng)斬波器開始工作，釋放制動(dòng)時(shí)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(dòng)電阻器將電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，保護(hù)主動(dòng)力電路。

1.3 變頻器傳動(dòng)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(hào)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(dòng)系統(tǒng)控制方案

1.4 變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)控制回路工作原理

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

PLC 程序判斷控制器的零位信號(hào)、動(dòng)力及操作電源開關(guān)信號(hào)、電機(jī)的過熱及超速等保護(hù)裝置信號(hào)、變頻器“裝置準(zhǔn)備好”及“裝置故障（取反）”信號(hào)均正常時(shí)，程序輸出“起動(dòng)使能”信號(hào)，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(shí)控制“起動(dòng)使能”中繼吸合，通過中繼將該信號(hào)傳入變頻器控制模塊，此時(shí)，變頻器滿足起動(dòng)條件。

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

變頻器根據(jù)接收到的“起動(dòng)使能”信號(hào)、方向信號(hào)及檔位信號(hào)的邏輯，按設(shè)定參數(shù)條件控制電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)輸出“制動(dòng)器打開”信號(hào)給PLC，控制電機(jī)的機(jī)械制動(dòng)器打開。PLC 采集到機(jī)械制動(dòng)器的打開極限信號(hào)后，通過程序輸出“制動(dòng)器打開信號(hào)檢測(cè)”信號(hào)，控制該中繼吸合，將該檢測(cè)信號(hào)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(hào)到變頻器，封鎖“主令二檔”、“主令三檔”及“主令四檔”信號(hào)，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(hào)，使變頻器控制電機(jī)停止運(yùn)行。

（3）停機(jī)原理。控制器回到零位后，PLC 程序控制“零位”中繼吸合，方向信號(hào)及檔位信號(hào)中繼均釋放。變頻器控制電機(jī)減速制動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近相對(duì)零速時(shí)，關(guān)閉“制動(dòng)器打開”信號(hào)，通過PLC 控制電機(jī)的機(jī)械制動(dòng)器閉合。

當(dāng)變頻器運(yùn)行中發(fā)生故障報(bào)警或DC 母線電壓不正常時(shí)，變頻器關(guān)閉“裝置故障（取反）”或“裝置準(zhǔn)備好”信號(hào)，PLC程序封鎖“起動(dòng)使能”信號(hào)及方向信號(hào)、檔位信號(hào)，變頻器以控制機(jī)械制動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)

起動(dòng)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(shí)。為安全起見，做電機(jī)辨識(shí)時(shí)，應(yīng)脫開負(fù)載進(jìn)行。

2.2 驅(qū)動(dòng)功能相關(guān)參數(shù)

（1）啟動(dòng)/停車設(shè)定。要注意的是，啟動(dòng)特性選擇和預(yù)勵(lì)磁時(shí)間兩項(xiàng)參數(shù)，啟動(dòng)特性選擇參數(shù)不改動(dòng)，仍然保持系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，即設(shè)為恒定勵(lì)磁模式。預(yù)勵(lì)磁時(shí)間參數(shù)指的是在恒定勵(lì)磁模式下定義的勵(lì)磁時(shí)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(shí)間、微分時(shí)間及實(shí)際速度的濾波時(shí)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(dòng)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(shí)時(shí)間設(shè)為200ms，以達(dá)到使電機(jī)接近相對(duì)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(huì)導(dǎo)致制動(dòng)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(shí)際輸入信號(hào)定義為：DI1 為制動(dòng)器應(yīng)答，接入“制動(dòng)器打開信號(hào)檢測(cè)”中繼信號(hào)；DI2 為零位輸入，接入“零位”中繼信號(hào)；DI3 為A 方向啟動(dòng)，接入“上升”中繼信號(hào)；DI4 為B 方向啟動(dòng)，接入“下降”中繼信號(hào)；DI_IL 為故障復(fù)位，接入“復(fù)位”中繼信號(hào)；擴(kuò)展模塊EXT DI1.1 為急停（取反），接入“起動(dòng)使能”信號(hào)；EXT DI2.1 為速度分級(jí)給定2，接入“主令二檔”中繼信號(hào)；EXT DI2.2 為速度分級(jí)給定3，接入“主令三檔”中繼信號(hào)；EXT DI2.3 為速度分級(jí)給定4，接入“主令四檔”中繼信號(hào)。

（2）數(shù)字輸出端口定義。變頻器外部I/O 板共有3 個(gè)數(shù)字輸出接口，應(yīng)用中定義為：第一個(gè)輸出RO1 用于控制“制動(dòng)器打開”繼電器；第二個(gè)輸出RO2 用于控制“裝置準(zhǔn)備好”繼電器；第三個(gè)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(dòng)斬波器。應(yīng)用中，需要激活制動(dòng)斬波器的控制及制動(dòng)電阻的過載保護(hù)功能，使電機(jī)在制動(dòng)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(shí)，制動(dòng)斬波器的控制模式要設(shè)定為當(dāng)直流電壓超過制動(dòng)極限電壓的時(shí)候，制動(dòng)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(jiǎn)化了其他的配套設(shè)備，應(yīng)用以來保持著長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行低故障的工作狀態(tài)。同時(shí)，由于變頻器對(duì)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。