起重機(jī)械電氣調(diào)速控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

許剛

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)械電氣管理項(xiàng)目的綜合性升級(jí)已經(jīng)成為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)的必然選擇，要對(duì)起重機(jī)械性能進(jìn)行集中分析，就要對(duì)機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性展開(kāi)深度整合，以保證機(jī)械操作效果的最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械;電氣調(diào)速控制技術(shù);現(xiàn)狀;趨勢(shì)

起重機(jī)作為一種重要的起重運(yùn)輸機(jī)械，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的控制，往往要求從控制精度、速度以及防擺等方面進(jìn)行綜合考慮。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，是當(dāng)今節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用有著廣闊的前景。

一、電氣調(diào)速控制的方法及現(xiàn)狀

電氣調(diào)速控制的方法很多，對(duì)于直流驅(qū)動(dòng)，6 0年代采用發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，從控制電阻分級(jí)控制，到磁放大器交磁放大機(jī)控制、晶閘管激磁控制、主回路晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制方式已從分立元件組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。交流驅(qū)動(dòng)常采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。國(guó)外有的采用交流電機(jī)S C R定子調(diào)壓調(diào)速;S C R轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速及轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速等。近幾年來(lái)，國(guó)際上爭(zhēng)相研制變頻調(diào)速，P L C可編程序控制器的應(yīng)用使控制系統(tǒng)的性能更加完善。目前我國(guó)使用的起重機(jī)械大部分是國(guó)產(chǎn)機(jī)械，其中大多數(shù)機(jī)械的調(diào)速控制系統(tǒng)采用常規(guī)的交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。為獲得低速特性，一般采用能耗制動(dòng)、渦流制動(dòng)、反接制動(dòng)等。隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入，我國(guó)起重機(jī)械行業(yè)也獲得比較大的發(fā)展，尤其是電控技術(shù)。我們相繼與國(guó)際上著名的電氣廠商進(jìn)行合作，引進(jìn)、消化、吸收其先進(jìn)技術(shù)。我們引進(jìn)世界上最先進(jìn)的直流調(diào)速控制技術(shù)，即美國(guó)G E公司的D C一3 0 0調(diào)速系統(tǒng)，絕大多數(shù)用于大型岸邊集裝箱起重機(jī)、輪胎式橋吊、大型抓斗卸船機(jī)、1 6 t帶斗門(mén)機(jī)等機(jī)械上。交流定子調(diào)壓如A E G、T E、S I M E N E S，我們也在多臺(tái)起重機(jī)械上引進(jìn)使用。直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)引進(jìn)了B B C、A E S E A、A B B的設(shè)備。P L C已普遍應(yīng)用。

二、現(xiàn)代起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

1.傳統(tǒng)起重機(jī)調(diào)速技術(shù)。（1）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。（2）定子調(diào)壓調(diào)速：電機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)速度控制。其優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑，當(dāng)采用閉環(huán)控制時(shí)還能達(dá)到理想的精度;缺點(diǎn)是調(diào)速范圍窄，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子損耗比較大。（3）串級(jí)調(diào)速：串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，以達(dá)到調(diào)速的目的。該方法簡(jiǎn)單方便，但調(diào)速是有級(jí)的，不平滑，調(diào)速效率較高，功率因數(shù)較低，電氣制動(dòng)不夠理想。綜上所述，傳統(tǒng)起重機(jī)調(diào)速方式存在如下問(wèn)題：①調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)較差，效率較低;②繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見(jiàn);③大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，現(xiàn)代起重機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，以程序控制取代繼電器—接觸器控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的半自動(dòng)化控制。

2.變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可以分為交流—直流—交流變頻器和交流—交流變頻器兩大類。變頻調(diào)速有很好的運(yùn)行特性，調(diào)速范圍寬、精度高，節(jié)能效果顯著，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低速運(yùn)行，啟、制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，且在負(fù)載波動(dòng)較大時(shí)速度無(wú)明顯變化，是目前應(yīng)用的主流。起重機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)極大地提高了起重機(jī)的功能、安全性和使用壽命，它將朝著智能化、高可靠性的方向發(fā)展。

三、起重機(jī)械電氣調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.起重機(jī)械電氣調(diào)速系統(tǒng)之交流調(diào)速控制系統(tǒng)。目前，針對(duì)實(shí)際運(yùn)行機(jī)制和管理控制措施，相關(guān)企業(yè)在積極推進(jìn)交流調(diào)控控制系統(tǒng)，其中，對(duì)原有10噸門(mén)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化改造。起升操作主要是利用定子進(jìn)行綜合性調(diào)壓，并且借助變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)渦流制動(dòng)控制變幅，能在全面技術(shù)升級(jí)后取得有效的處理效果，正是基于此，積極應(yīng)用處理機(jī)制是順應(yīng)時(shí)代運(yùn)行結(jié)構(gòu)的起重機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)。另外，在技術(shù)引進(jìn)后，相關(guān)技術(shù)人員也要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面升級(jí)，技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC編程以及系統(tǒng)的綜合性進(jìn)行調(diào)試，確保處理效果和管控模型的有效性升級(jí)。除此之外，在對(duì)TE公司定子調(diào)壓裝置以及PLC進(jìn)行系統(tǒng)化處理的過(guò)程中，也要對(duì)相關(guān)閘管模塊和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行細(xì)化分析和綜合性整合，升級(jí)相關(guān)信息參數(shù)。第一，要保證轉(zhuǎn)子電阻接觸器的運(yùn)行效率能按速度原則得到有效控制，維護(hù)整體時(shí)序性的完整性，保證其運(yùn)行效率的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。第二，要利用專用垂直運(yùn)動(dòng)板進(jìn)行統(tǒng)籌分析，確保處理效果符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，也為管理系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在電動(dòng)機(jī)減速到2%nH時(shí)，能保證其內(nèi)部制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)有效的斷電抱閘操作。第三，要保證正逆切換效果符合預(yù)期，時(shí)間控制在50ms左右，順利升級(jí)管理機(jī)制的管控措施。第四，要保證TSX系列中，相關(guān)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，保證處理結(jié)構(gòu)和運(yùn)行維度的實(shí)效性，也能進(jìn)一步對(duì)平衡位置進(jìn)行

集中處理，確保管理結(jié)構(gòu)的實(shí)效性，提高整體管理模型的有效性。第五，在故障診斷機(jī)制建立的過(guò)程中，能保證保護(hù)點(diǎn)得以有效顯示，提高處理效果和控制效率。另外，在系統(tǒng)常規(guī)化運(yùn)行過(guò)程中，若是給定信號(hào)采用檔位信號(hào)，則需要對(duì)其進(jìn)行集中處理和綜合性分析，并且積極落實(shí)更加有效的處理機(jī)制，確保直接220V模擬信號(hào)能得以有效落實(shí)，并對(duì)輸入PLC項(xiàng)目的運(yùn)行效率進(jìn)行全面預(yù)估和綜合性評(píng)定，升級(jí)處理效果的同時(shí)，保證其內(nèi)部運(yùn)行效率符合實(shí)際預(yù)期，從而具有較理想的抗干擾性能。

2.起重機(jī)械電氣調(diào)速系統(tǒng)之直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是針對(duì)DC-300等設(shè)備，能對(duì)其功率進(jìn)行有效控制，并且整個(gè)系列都集中選用6PLC對(duì)整個(gè)機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷，以保證檢測(cè)機(jī)制和報(bào)警系統(tǒng)的完整性，因?yàn)轵?qū)動(dòng)管理系統(tǒng)的主回路項(xiàng)目整流效果的綜合性升級(jí)，將控制柜結(jié)構(gòu)維系在給定模擬量的過(guò)程中，并在數(shù)模轉(zhuǎn)化成數(shù)字流的過(guò)程中，對(duì)速度環(huán)和電流環(huán)進(jìn)行統(tǒng)籌分析，真正實(shí)現(xiàn)邏輯處理機(jī)制。

3.起重機(jī)械電氣調(diào)速系統(tǒng)之變頻調(diào)速。在我國(guó)起重機(jī)械電氣調(diào)速項(xiàng)目中，變頻調(diào)速是主要研究方面和發(fā)展趨勢(shì)，也是相關(guān)技術(shù)單位著力進(jìn)行系統(tǒng)化嘗試和技術(shù)研究的項(xiàng)目，其應(yīng)用范圍還不是非常廣泛，有些技術(shù)模型還在平移機(jī)械上試行。究其原因，對(duì)于升位負(fù)載效果以及能量反饋?lái)?xiàng)目都需要進(jìn)行集中處理和綜合性分析，其使用頻率會(huì)控制在 1～3Hz之間。值得一提的是，變頻技術(shù)更加適用于通用的鼠籠式電動(dòng)機(jī)以及PWM技術(shù)中。除此之外，將技術(shù)模型應(yīng)用在光導(dǎo)系統(tǒng)中，也能提高整體管理系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)效性，升級(jí)管理效果和管理效率。