任向陽(yáng)

（航空工業(yè)陜西工業(yè)集團(tuán)有限公司，漢中 723200）

現(xiàn)如今，隨著工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平越來(lái)越高，機(jī)械控制手段也在不斷更新?lián)Q代。在這一過(guò)程中，變頻控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為滿足生產(chǎn)機(jī)械的復(fù)雜控制需求提供了保障。對(duì)于飛機(jī)裝配起重機(jī)而言，優(yōu)化起重機(jī)械控制方式是保障吊裝生產(chǎn)質(zhì)量和安全的必要手段，在其中融入變頻控制技術(shù)會(huì)為優(yōu)化生產(chǎn)帶來(lái)幫助。

1 飛機(jī)裝配工作特點(diǎn)

從飛機(jī)制造的角度來(lái)看，飛機(jī)裝配是十分重要的生產(chǎn)工序，實(shí)踐中必須實(shí)現(xiàn)零件、工裝之間的有效協(xié)調(diào)。通常來(lái)說(shuō)，飛機(jī)零件都具有體積大、價(jià)值高的特點(diǎn)，而且其外形結(jié)構(gòu)各異，裝配時(shí)工作難度大、復(fù)雜性強(qiáng)、干擾多且質(zhì)量要求高，在吊裝環(huán)節(jié)往往需要出動(dòng)多臺(tái)起重機(jī)協(xié)同作業(yè)。因此，飛機(jī)裝配工作對(duì)起重設(shè)備控制精度的要求極高[1]。在飛機(jī)裝配過(guò)程中，相關(guān)工作人員必須基于科學(xué)方法保證外形和位置的準(zhǔn)確度，因此裝配生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須強(qiáng)調(diào)裝配動(dòng)作、業(yè)務(wù)工作、設(shè)備維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及工裝夾具通用化。當(dāng)前，飛機(jī)裝配工作對(duì)傳統(tǒng)起重機(jī)械的依賴性較高，使用中操作員需要進(jìn)行高空作業(yè)，安全性相對(duì)較差。此外，現(xiàn)有的飛機(jī)裝配系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)容易低速運(yùn)行，存在不穩(wěn)定、設(shè)備故障率高且效率低的情況。在實(shí)踐工作中，不僅需要強(qiáng)調(diào)人為操作的規(guī)范性，更應(yīng)該突出起重機(jī)的不可替代性，盡量降低機(jī)械故障概率，從而提升飛機(jī)裝配起重機(jī)控制水平，增強(qiáng)飛機(jī)裝配吊裝工作質(zhì)量。

2 應(yīng)用變頻控制技術(shù)的必要性

使用飛機(jī)裝配起重機(jī)時(shí)，大多需要基于傳統(tǒng)控制方式作業(yè)，因此需要實(shí)現(xiàn)凸輪控制器、轉(zhuǎn)子串接電阻和繞線式電動(dòng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)用，才能有效控制起重機(jī)[2]。但在這種控制模式中，起重機(jī)的工作效率、定位精度、運(yùn)行穩(wěn)定性都難以保障，容易出現(xiàn)故障和安全問(wèn)題，而且需要耗費(fèi)大量時(shí)間、精力和成本開(kāi)展設(shè)備維護(hù)。為適應(yīng)飛機(jī)制造業(yè)的實(shí)際需求，強(qiáng)化飛機(jī)裝配吊裝質(zhì)量，必須優(yōu)化飛機(jī)裝配起重機(jī)的控制方式。因此，可引入變頻控制技術(shù)，通過(guò)合理運(yùn)用變頻器推動(dòng)起重機(jī)控制方式優(yōu)化升級(jí)。應(yīng)用變頻控制技術(shù)可提升機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行平穩(wěn)性、整體穩(wěn)定性、動(dòng)作平滑性和定位準(zhǔn)確性，更有助于降低維護(hù)與排障成本，提升起重機(jī)耐久性[3]。由此可見(jiàn)，應(yīng)用變頻控制技術(shù)控制飛機(jī)裝配起重機(jī)十分必要。

3 基于變頻控制技術(shù)的飛機(jī)裝配機(jī)械控制

對(duì)于飛機(jī)裝配起重機(jī)控制而言，應(yīng)用變頻控制技術(shù)可提升單一起重機(jī)控制和多臺(tái)起重機(jī)聯(lián)合控制的精度，提升吊裝質(zhì)量和效率。

3.1 技術(shù)應(yīng)用路徑

飛機(jī)裝配起重機(jī)的變頻控制方式將基于“可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）+變頻器+編碼器”實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這3種控制元件的有效組合將搭建位置控制系統(tǒng)，從而為飛機(jī)裝配起重機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制指令，并且可利用軸定位功能保證起重機(jī)吊裝精度[4]。在此環(huán)節(jié)，還可以預(yù)留出PLC的可編輯、可擴(kuò)展功能，以便于隨時(shí)根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展系統(tǒng)，從而從機(jī)械控制角度出發(fā)滿足飛機(jī)裝配的功能擴(kuò)展需求。

3.2 技術(shù)應(yīng)用功能

將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)裝配起重機(jī)控制中可發(fā)揮多種作用。與傳統(tǒng)控制方式相比，變頻控制技術(shù)的合理應(yīng)用能夠使飛機(jī)裝配起重機(jī)的可靠性得到迅速提升。在該技術(shù)的支持下，起重機(jī)動(dòng)作的平穩(wěn)性、平滑性以及精準(zhǔn)性也有所增強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)維管理和故障報(bào)修方面的成本大幅下降。從現(xiàn)實(shí)角度來(lái)看，在飛機(jī)裝配起重機(jī)控制環(huán)節(jié)合理應(yīng)用變頻控制技術(shù)，有助于提升設(shè)備應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、安全性及耐久性。本文將結(jié)合變頻控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，從電機(jī)運(yùn)行速度、轉(zhuǎn)矩監(jiān)控、轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證、自動(dòng)記憶轉(zhuǎn)矩、速度控制、報(bào)警保護(hù)以及同步運(yùn)行等角度出發(fā)，對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用功能加以分析。

3.2.1 電機(jī)監(jiān)控

監(jiān)視功能是指應(yīng)用變頻控制技術(shù)后，飛機(jī)裝配起重機(jī)控制系統(tǒng)具備的矩陣監(jiān)視功能和速度監(jiān)視功能，這一監(jiān)視工作將由變頻器來(lái)完成[5]。在此環(huán)節(jié)，位于電機(jī)側(cè)的編碼器可將電機(jī)的運(yùn)行速度信息反饋給變頻器，變頻器采集相關(guān)信息后可對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行判斷。例如：變頻器接收到電機(jī)超速運(yùn)行信息后，可判斷電機(jī)存在的故障，從而自動(dòng)切斷其運(yùn)行使能。基于變頻器的速度監(jiān)視功能能夠及時(shí)切斷電機(jī)供能，從而減少飛機(jī)裝配起重機(jī)的運(yùn)行事故，避免卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)失控引發(fā)的人力、物力損失。同時(shí)，變頻器采集信息后，還可實(shí)現(xiàn)電機(jī)矩陣監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常將立即切斷使能保障吊裝安全。

3.2.2 轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證

傳動(dòng)控制中包含轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能模塊，這一功能的根本目的是保證電機(jī)在機(jī)械抱閘施放前產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用將有效提升轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證質(zhì)量，從而為驗(yàn)證起重機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的功能提供幫助。飛機(jī)裝配起重機(jī)控制環(huán)節(jié)，釋放機(jī)械抱閘以前卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)將承受正向轉(zhuǎn)矩，如果被成功驗(yàn)證就代表電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩等級(jí)達(dá)標(biāo)，此時(shí)機(jī)械抱閘將會(huì)放松；反之，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證失敗會(huì)導(dǎo)致變頻控制失敗，此時(shí)設(shè)備無(wú)法正常啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)受到“TURE”指令時(shí)，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能將被激活，而后系統(tǒng)將比對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際轉(zhuǎn)矩，當(dāng)變頻器啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能開(kāi)始執(zhí)行。

3.2.3 自動(dòng)轉(zhuǎn)矩記憶

變頻控制技術(shù)在飛機(jī)裝配起重機(jī)中的應(yīng)用，必須充分發(fā)揮變頻器的功能。對(duì)飛機(jī)裝配起重機(jī)而言，如果卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)停擺，那么該階段的電機(jī)參數(shù)將會(huì)被變頻器自動(dòng)記錄，如電機(jī)電流、輸出矩陣以及直流電壓等。當(dāng)再度啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)時(shí)，變頻器的電機(jī)勵(lì)磁水平將會(huì)增加，從而確保機(jī)械抱閘順利施放，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須與停機(jī)前相同，以免引發(fā)溜鉤、倒拉風(fēng)險(xiǎn)。從現(xiàn)實(shí)角度來(lái)看，變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的自動(dòng)記憶，既滿足了轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證與吊裝安全需要，又避免了機(jī)械損耗。

3.2.4 速度控制

飛機(jī)裝配起重機(jī)控制的精度要求不僅表現(xiàn)在位置精度上，還表現(xiàn)在速度精度上。只有保持吊裝速度均勻，才能有效避免吊裝風(fēng)險(xiǎn)。變頻控制技術(shù)在機(jī)械控制中的應(yīng)用，發(fā)揮了其速度控制功能。借助于變頻器，速度控制器能夠充分發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，從調(diào)整速度控制參數(shù)的角度出發(fā)，保障電機(jī)速度控制的穩(wěn)定性和設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。同時(shí)，給定管理器也將受此影響，基于變頻器實(shí)現(xiàn)平滑控制，從而提升電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證吊裝環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)大幅度速度波動(dòng)或階躍情況。

3.2.5 保護(hù)報(bào)警

變頻控制技術(shù)在飛機(jī)裝配起重機(jī)中的應(yīng)用，起到了延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命和保障機(jī)械運(yùn)行安全的作用?；谧冾l器的數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)功能，起重機(jī)的變頻控制系統(tǒng)可以及時(shí)捕獲電機(jī)運(yùn)行的異常信息，從而及時(shí)切斷使能以避免機(jī)械損傷或吊裝事故[6]。在這一過(guò)程中，變頻器不僅發(fā)揮著電機(jī)保護(hù)功能，而且可發(fā)揮監(jiān)控功能。在變頻控制環(huán)節(jié)，變頻器將全程監(jiān)控機(jī)械壽命，一旦機(jī)械出現(xiàn)嚴(yán)重故障或損傷將立即報(bào)警。應(yīng)用變頻控制技術(shù)后，飛機(jī)裝配起重機(jī)控制系統(tǒng)的報(bào)警信息輸出指令將通過(guò)變頻器輸出，而PLC和觸摸屏則發(fā)揮警報(bào)信息讀取和呈現(xiàn)作用。另外，應(yīng)用變頻控制技術(shù)可以監(jiān)控操縱裝置的狀態(tài)、限制設(shè)備行程，并在跟進(jìn)故障維修的過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示故障情況，從而為機(jī)械設(shè)備維修提供幫助。

從現(xiàn)實(shí)角度來(lái)看，飛機(jī)裝配起重機(jī)的電機(jī)故障主要由超高溫、過(guò)載或缺相等因素引起，所以在這些方面做好電機(jī)保護(hù)至關(guān)重要。為保證保護(hù)質(zhì)效，必須強(qiáng)調(diào)電機(jī)運(yùn)行的電流、電壓、溫度以及轉(zhuǎn)速監(jiān)控，此時(shí)變頻器必須承擔(dān)實(shí)時(shí)檢測(cè)責(zé)任，為充分發(fā)揮超溫、過(guò)載以及缺相保護(hù)功能做好充足準(zhǔn)備?；谧冾l器檢測(cè)，若電機(jī)運(yùn)行異常，則需要迅速進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)變頻器必須立刻切斷運(yùn)行使能。不僅如此，從安全保護(hù)方面來(lái)看，變頻器的合理應(yīng)用還能實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)裝配起重機(jī)的使用壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)以往的飛機(jī)裝配吊裝事故不難發(fā)現(xiàn)，設(shè)備使用壽命過(guò)載是引發(fā)事故的主要原因，所以施工人員必須實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和使用壽命，以免釀成大禍。此時(shí)，變頻器需要基于飛機(jī)裝配起重機(jī)的機(jī)械壽命、工作總時(shí)長(zhǎng)（設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)）、電機(jī)額定速度以及額定荷載等參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)備的機(jī)械壽命，并在監(jiān)控中以10%為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)效化監(jiān)控。若飛機(jī)裝配起重機(jī)的機(jī)械壽命大于10%，則表示設(shè)備可繼續(xù)使用。反之，若該數(shù)值低于10%，則需要立即報(bào)警，嚴(yán)格檢查設(shè)備狀態(tài)并著手開(kāi)展設(shè)備換新工作。在報(bào)警功能方面，變頻器的合理應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)和設(shè)備系統(tǒng)異常運(yùn)行信息的自動(dòng)輸出與讀取，從而使故障報(bào)警處理效率大幅提升。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，觸摸屏的有效運(yùn)用充分展現(xiàn)了人機(jī)交互的優(yōu)勢(shì)，能夠保障飛機(jī)裝配起重機(jī)的運(yùn)維管理準(zhǔn)確性和高效性。

3.2.6 同步運(yùn)行

由于飛機(jī)裝配零件的類型多、體積大且形狀各異，吊裝時(shí)需要多臺(tái)起重機(jī)協(xié)同作業(yè)，無(wú)疑加劇了起重機(jī)的控制難度，若控制不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)裝配精度下降。在這種情況下，保證多臺(tái)起重機(jī)之間的信息互換實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在傳統(tǒng)控制技術(shù)下，飛機(jī)裝配起重機(jī)的多臺(tái)同步控制質(zhì)效并不高，但基于變頻控制技術(shù)這一問(wèn)題將得到有效解決。應(yīng)用變頻控制技術(shù)后，可基于無(wú)線通信裝置在多臺(tái)起重機(jī)之間開(kāi)辟互聯(lián)通道，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，確保起重機(jī)的同步運(yùn)行。在這一環(huán)節(jié)，PLC、無(wú)線通信裝置、變頻器以及編碼器共同組成了飛機(jī)裝配起重機(jī)聯(lián)合變頻控制系統(tǒng)，能統(tǒng)一、同步控制多臺(tái)起重機(jī)，使各起重機(jī)的運(yùn)行精度保持一致，從而有效避免因起重機(jī)運(yùn)行速率、精度差異而引發(fā)的飛機(jī)部件損傷或吊裝事故。

4 結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)裝配是一項(xiàng)專業(yè)性強(qiáng)、復(fù)雜性高且精度要求高的工作，只有保障起重機(jī)控制質(zhì)量，才能確保生產(chǎn)質(zhì)量和安全。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)裝配起重機(jī)，可實(shí)現(xiàn)基于“PLC+變頻器+編碼器”的綜合控制，同時(shí)能夠滿足生產(chǎn)精度、安全和質(zhì)量要求，從而為提高飛機(jī)裝配質(zhì)效提供基礎(chǔ)。