【正文】 3 電機(jī)速度控制系統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。需求高的轉(zhuǎn)速以及起制動(dòng)的控制精度，并且對(duì)轉(zhuǎn)矩控制有嚴(yán)格的要求?？刂品矫娌捎肞G卡的矢量控制方式。旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換將信號(hào)反饋給PLC來(lái)避免吊鉤的下滑。主起升和副起升兩臺(tái)電機(jī)分別使用一臺(tái)變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動(dòng)機(jī)的額定電流、負(fù)載率和變頻器的運(yùn)行效率為依據(jù)。通過(guò)計(jì)算，[11]。如圖34所示。 圖34 主起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖 橋式起重機(jī)除了一般的運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、主梁等，還配備很多安全設(shè)施，比如各個(gè)機(jī)構(gòu)限位開(kāi)關(guān)超速開(kāi)關(guān)、負(fù)載限制器等來(lái)保證橋式起重機(jī)工作是的絕對(duì)安全。為了保證起重機(jī)的正常工作，還配備了一些附屬設(shè)備，如輔助照明設(shè)備、供電設(shè)備等。 橋式起重機(jī)傳動(dòng)控制主要有一下要求： ，因此當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙消除后要求有較大啟動(dòng)力矩。 ，貨物提升下降及大小車(chē)運(yùn)行時(shí)放置突如其來(lái)的沖擊對(duì)機(jī)體造成過(guò)大的沖擊而損壞橋式起重機(jī)。 ，橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)停車(chē)過(guò)程要盡量平穩(wěn)，避免吊鉤擺動(dòng)或者機(jī)構(gòu)搖晃。 ，避免過(guò)大的電流與轉(zhuǎn)矩沖擊而造成起重機(jī)橋架的抖動(dòng)。 ，用于提升重物前消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各種間隙和張緊纜繩，以避免過(guò)大的機(jī)構(gòu)沖擊。 、多機(jī)構(gòu)同時(shí)工作的要求，對(duì)電氣傳動(dòng)的同步性有較高的要求。 ，考慮到橋式起重機(jī)提升和擺放貨物時(shí)要求吊鉤的位置必須為貨物放置位置，采用高精度的變頻器和同步性極高的控制裝置。 ，確認(rèn)各裝置無(wú)故障后才實(shí)現(xiàn)對(duì)橋式起重機(jī)的操作。 ，放置事故的發(fā)生。 ，防止橋式起重機(jī)運(yùn)行中突然斷電而造成事故 本文中車(chē)間采用的橋式起重機(jī)參數(shù)： 起重量：主鉤起重量50t，副鉤起重量10t 跨度： 提升高度：主鉤提升高度19m，副鉤提升高度21m 運(yùn)行速度：小車(chē)運(yùn)行速度50m/min，大車(chē)運(yùn)行速度110m/min 提升速度：15m/min 通電持續(xù)率：60%（作時(shí)間與周期時(shí)間之比，金屬冶煉屬于特重級(jí)工作類(lèi)型，經(jīng)常在重負(fù)荷下工作）。、變頻器和常用輔件的選擇選擇系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首要的是在工作條件下電動(dòng)機(jī)的功率的選擇，同時(shí)還要確定電動(dòng)機(jī)的電流種類(lèi)、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。正確的選擇電動(dòng)機(jī)功率的原則，應(yīng)當(dāng)是在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)合理的決定電動(dòng)機(jī)的功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，要求考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、允許過(guò)載能力與其動(dòng)能力三方面的因素，一般以發(fā)熱問(wèn)題最為重要。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，是由于在實(shí)現(xiàn)能量變換過(guò)程中在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗并變成熱量使電動(dòng)機(jī)的溫度上升[12]。采用變頻調(diào)速時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些與在共頻電源下傳動(dòng)是不同的特征，這主要是由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大所造成的。主要反映在輸出力矩、功率因數(shù)、電機(jī)溫升、效率、噪音及振動(dòng)等方面。隨著高頻開(kāi)關(guān)頻率在IGBT等電力電子器件的使用以及PWM調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型V/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機(jī)可以避開(kāi)共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問(wèn)題。目前，變頻器己經(jīng)發(fā)展到除非有超同步調(diào)速的要求或呈1:20以上的大速比、低調(diào)速要求或特低噪聲要求外，一般無(wú)須選用變頻專(zhuān)用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電機(jī)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)推出的變頻專(zhuān)用電機(jī)由普通電機(jī)加獨(dú)立風(fēng)扇組成，以解決電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電機(jī)過(guò)熱問(wèn)題[13]。起重機(jī)的起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)調(diào)速比例不能大于1：20，電機(jī)屬于斷續(xù)工作制，在這種工作制中，工作時(shí)間和停歇時(shí)間輪流交替，兩段時(shí)間都較短。在時(shí)間，電動(dòng)機(jī)溫度有所上升來(lái)不及達(dá)到溫度值，而期間，溫升也來(lái)不及下降到0 。這樣經(jīng)過(guò)每個(gè)周期，溫升有所上升，最后溫度將在某一范圍內(nèi)上下波動(dòng)。屬于這類(lèi)工作制的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械等。在這種工作制中通常通電率在6 0%以下（國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種，一個(gè)周期的總時(shí)間規(guī)定為），負(fù)載一般都為大慣性系統(tǒng)。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本相同，在連續(xù)工作是要考慮冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時(shí)變頻驅(qū)動(dòng)特效比變頻電機(jī)差。這類(lèi)電機(jī)的共同特點(diǎn)是起動(dòng)能力強(qiáng)、過(guò)載能力大、慣性小、機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣材料的等級(jí)高，較多采用封閉式結(jié)構(gòu)、臨界轉(zhuǎn)差率設(shè)計(jì)得較高[14]。 變頻電機(jī)一般采用4級(jí)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)有最好的功率因素和較高的工作效率，使得能耗降到最低。高速電機(jī)與低速電機(jī)相比，高速電機(jī)工作時(shí)電流小、功率因數(shù)高、電纜截面積小以及電器配置容量小等優(yōu)勢(shì)。因此起重機(jī)采用4級(jí)電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻電機(jī)。 橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為了使得電動(dòng)機(jī)達(dá)到所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此電動(dòng)機(jī)所需容量由負(fù)載功率和加速功率兩部分組成。一般都有，電動(dòng)機(jī)的容量有 （31）其中：電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動(dòng)時(shí)間短是橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)間占等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間的極小的比例；轉(zhuǎn)動(dòng)量少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%～20%。起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的容量為 （kW） （32）其中：起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg額定起升速度，m/s重力加速度，m/s機(jī)構(gòu)總效率，能夠承受電壓波動(dòng)的影響，如果電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小于2，那么必須讓電動(dòng)機(jī)放容，從而降低電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行的工作效率。： 電動(dòng)機(jī)參數(shù)主鉤副鉤大車(chē)小車(chē)電機(jī)型號(hào)YZR250M18YZR200L8YZR160M16YZR160M16功率因數(shù)30kW 15kW2 交流電機(jī)的控制遠(yuǎn)比直流電機(jī)的控制復(fù)雜的多。在傳動(dòng)控制領(lǐng)域，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制精度、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的控制等都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性和系統(tǒng)跟蹤誤差產(chǎn)生較大的影響。 ～。由于電源電壓波動(dòng)的因素以及需要通過(guò)125%超載實(shí)驗(yàn)要求等因素，～2倍負(fù)載力矩值，從而確保它的安全使用要求[15]。 （KVA） （33）其中：電機(jī)的功率因數(shù)，起升額定負(fù)載所需功率，KW電動(dòng)機(jī)效率，=變頻器容量，KVA系數(shù)，=2 通過(guò)負(fù)載功率計(jì)算得到起升機(jī)構(gòu)變頻器容量的數(shù)據(jù)，在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上一般都選擇高一等級(jí)的方法選擇變頻器容量。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再做出電流驗(yàn)證，如下： （34） 其中：變頻器額定電流，A 電動(dòng)機(jī)額定電流，A 當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在300s內(nèi)小于60s的加速時(shí)間， （35）其中：電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式～負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Nm總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電動(dòng)機(jī)軸的折算值，kgm加速時(shí)間，s電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min如果運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)在300s內(nèi)電動(dòng)機(jī)有大于60s加速時(shí)間的時(shí)候，變頻器容量應(yīng)該按下式計(jì)算 （KVA） （36） 電壓型變頻器可以由一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其變頻器短時(shí)過(guò)載能力為150%、160%是，若電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間在300s內(nèi)小于60s的加速時(shí)間，則有 （37）并且要求 （38） 其中：負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率 并聯(lián)電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù) 同時(shí)起動(dòng)的臺(tái)數(shù) 電動(dòng)機(jī)效率， 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流與電機(jī)額定電流之比 電流波形的修正系數(shù)，～ 變頻器容量，KVA 變頻器額定電流，A根據(jù)起重機(jī)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，采用MASTERDRIVE6SE70系列變頻器為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，MASTERI Vector 6Read440系列變頻器作為大車(chē)、小車(chē)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。： 變頻器參數(shù)主起升機(jī)構(gòu)副起升機(jī)構(gòu)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻器型號(hào)6SE70274ED616SE702747ED616SE64402AD316SE64402AD25額定電流功率48A/37kW47A/22kW30A/15kW 西門(mén)子6SE70系列變頻器的控制裝置采用全數(shù)字控制技術(shù)，功率部分采用IGBT的電源型PWM交流傳動(dòng)裝置。它給傳動(dòng)裝置帶來(lái)快速性，更高的精度，更高的可靠性，同時(shí)效率也更高。 變頻器的主要參數(shù)的設(shè)置步驟首先將所有電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)輸入到P80P85。大車(chē)變頻器應(yīng)該輸入驅(qū)動(dòng)幾個(gè)電動(dòng)機(jī)的總電流和總功率，大車(chē)變頻器帶有幾個(gè)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)該運(yùn)行于線(xiàn)性頻率/電壓的線(xiàn)性特性，速度變化采用固定額定功率的迭加，同時(shí)用制動(dòng)器接通、斷開(kāi)功能由PL2輸出繼電器觸電控制機(jī)械制動(dòng)器，使得運(yùn)行機(jī)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)停止是不會(huì)由于外力而隨意移動(dòng)。： 變頻器參數(shù)參數(shù)號(hào)參數(shù)值說(shuō)明P0026加速時(shí)間P0036減速時(shí)間P00551檔速度P0063附加數(shù)字給定P0070開(kāi)關(guān)量輸入控制P0516固定頻率5開(kāi)關(guān)P0526固定頻率4開(kāi)關(guān)P0536固定頻率3開(kāi)關(guān)P05410故障復(fù)位P0551運(yùn)行右轉(zhuǎn)P03562運(yùn)行左轉(zhuǎn)P0465固定頻率5P04415固定頻率4P04325固定頻率3 P0616故障P0624外部制動(dòng)控制P0770V/f特性（大車(chē)多電機(jī)）P0771FCC特性（小車(chē)單電機(jī)）為了避免變頻器在使用是直流回路電容的充電電流峰值，～，整定值是斷路器額定值的3～4倍[16]。交流電抗器。變頻器直接連接在一個(gè)容量大的電源變壓器時(shí)，電網(wǎng)中產(chǎn)生的過(guò)峰值電容是會(huì)損壞變頻器。因此在變頻器的輸入端加入交流電抗器，起到抑制變頻器產(chǎn)生高頻峰值。除此之外交流電抗器還起到了減少噪音、改善起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和改善電動(dòng)機(jī)輕載是的功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。 第4章 可編程控制器在橋式起重機(jī)變頻器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 可編程控制器，在其早期主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，因此被稱(chēng)為PLC，就是可編程序邏輯控制器。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。 在可編程控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高等。如果生產(chǎn)任務(wù)和工業(yè)發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這不僅影響了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，而且對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不但設(shè)計(jì)制造困難，而且其可靠性不高?？删幊炭刂破髡Q生于1969年。20世紀(jì)60年代，美國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)非常發(fā)達(dá)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。各生產(chǎn)廠(chǎng)家為適應(yīng)市場(chǎng)的需求不斷推出新款車(chē)，這必然要求相應(yīng)的加工生產(chǎn)線(xiàn)隨之改變，整個(gè)繼電器接觸器控制系統(tǒng)也就必須重新設(shè)計(jì)和配置。這樣不但造成設(shè)備極大浪費(fèi)，而且新系統(tǒng)的安裝也是非常浪費(fèi)時(shí)間的。在這種情況下采用傳統(tǒng)的繼電器凸顯出很多不足之處。1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)車(chē)型不斷更新、減少更換控制系統(tǒng)的費(fèi)用和周期，提出了制造出一套新型的通用控制器，并且提出了著名的GM10條，如下： ，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序 ，最好是插件式 ，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥 ，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng) 1969年世界上第一臺(tái)PLC問(wèn)世，并且成功的應(yīng)用在了通用汽車(chē)的生產(chǎn)線(xiàn)上。其后日本、德國(guó)相繼引入此項(xiàng)技術(shù)，使得汽車(chē)工業(yè)得到了極大的進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)了可編程控制器的發(fā)展。20世紀(jì)70年代初期產(chǎn)生的微處理器和微型計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)不斷的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，軟硬件技術(shù)都得到了很大的進(jìn)步，可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造也隨即引入了微型計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。在原有的基礎(chǔ)上吸收微處理器和其他大規(guī)模集成電路，創(chuàng)造出了新一代的可編程控制器。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，是PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及其生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域，稱(chēng)為一種電子技術(shù)機(jī)工業(yè)控制裝置。1985年國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)可編程控制器做出了嚴(yán)格的定義：可編程控制器（Programmable Logic Controller，縮寫(xiě)PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用兒設(shè)計(jì)。它采用了可編程程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)再其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算操作等方面用戶(hù)的指令，并通過(guò)蘇子式貨模擬式的輸入/輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，按易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)PLC得到了驚人的發(fā)展，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng),功耗、體積減少，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程FO和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，所有這些已經(jīng)使PLC應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，使之成為最受歡迎的工業(yè)控制類(lèi)產(chǎn)品。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題[18]。 PLC按結(jié)構(gòu)不同可分為組合式和整體式。 組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過(guò)底板上的，總線(xiàn)相連。裝有CUP單元的底板稱(chēng)為CUP底板，其它稱(chēng)為擴(kuò)展底板。CUP底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò)10m，無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配合與組合。它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。 整體式PLC是將