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　　引言
　　
　　吊車廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)對(duì)于新型吊車的研發(fā)、制造、控制理論研究也進(jìn)入了一個(gè)新階段。此新型吊車從設(shè)計(jì)原理上進(jìn)行觀念性的改進(jìn)由原先建筑設(shè)備靜臂吊車的絞纜提升改為動(dòng)臂的俯仰、提升同時(shí)動(dòng)作完成重載提升的功能。這項(xiàng)改進(jìn)將明顯降低設(shè)備的制造和運(yùn)行成本與傳統(tǒng)吊車設(shè)備相比預(yù)計(jì)將達(dá)到近50%的節(jié)能效果。
　　
　　新型吊車的特點(diǎn)是節(jié)能、控制簡(jiǎn)便、靈活調(diào)速、定位、安全可靠性高等。為了實(shí)現(xiàn)上述功能尤其適應(yīng)國家提出的可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能降耗。新型吊車采用了觸摸屏協(xié)助操作并顯示、PLC控制、變頻器執(zhí)行的控制方法。筆者有幸參與大連佳云高層建筑機(jī)械有限公司研制國內(nèi)*的動(dòng)臂吊車的開發(fā)過程.負(fù)責(zé)電氣設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試工作在這個(gè)項(xiàng)目中采用歐姆龍觸摸屏、PLC、變頻器?，F(xiàn)將控制方式和過程介紹一下，力求能夠拋磚引玉。
　　
　　1、動(dòng)臂吊車調(diào)速基本原理
　　
　　根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，文流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：
　　
　　n=60f（1-s）/p
　　
　　上式中:f為定子的電源頻率，P為極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，n為轉(zhuǎn)速。
　　
　　因此交流電機(jī)可有以下幾種調(diào)速方法：
　　
　?。?）改變電機(jī)極對(duì)數(shù)P，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這是交流雙速梯采用的調(diào)速方法；
　　
　?。?）通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率s，以達(dá)到調(diào)速目的這是交流調(diào)速梯采用的調(diào)速方法；
　　
　?。?）改變定子電源頻率f也可達(dá)到調(diào)速目的，但fzui大不能超過電機(jī)額定頻率；
　　
　?。?）吊車作為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速時(shí)為保持zui大轉(zhuǎn)矩不變根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式M=CmΦlcosφ中式中Cm為電機(jī)常數(shù)，I為轉(zhuǎn)子電流，Φ為電機(jī)氣隙磁通，cosφ中為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。必須保持Φ恒定。又根據(jù)電壓公式U=4.44fWkΦ式中U為定子電壓f為定子電壓頻率，W為定子繞組匝數(shù)，k為電機(jī)常數(shù)必須保持U/f為常數(shù).即變頻器必須兼?zhèn)渥儔鹤冾l兩種功能簡(jiǎn)稱為VVVF（VaryVoltageVaryFrequency）型變頻器，這就是動(dòng)臂吊車的基本控制原理。
　　
　　2、系統(tǒng)組成
　　
　　2.1PLC
　　
　　可編程控制器PLC完成系統(tǒng)邏輯控制部分負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系從變頻器及其它被控設(shè)備接收開關(guān)和模擬量信號(hào)，通過運(yùn)算控制信號(hào)送給變頻器及其它被控設(shè)備，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系是系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)采用歐姆龍CJ系列PLC進(jìn)行控制。
　　
　　2.2觸摸屏
　　
　　本例中觸摸屏是作為顯示和控制的終端設(shè)備顯示各被控設(shè)備的工作狀態(tài)。選用歐姆龍的NS系列觸摸屏。
　　
　　2.3變頻器
　　
　　變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。歐姆龍3G3RV-B4450-ZV1通用變頻器可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和控制使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出并將無PG的Ulf控制、無PG矢量控制、有PG的U/f控制、有PG矢量控制的四種控制方式融為一體其中有PG矢量控制是吊車控制要求的。容量選擇是采用大一數(shù)量級(jí)選配。本例中吊車電動(dòng)機(jī)采用37kW的異步電動(dòng)機(jī)即37kW的電動(dòng)機(jī)選45kW的變頻器。電氣原理圖如圖1　　
　　2.4旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡
　　
　　為滿足吊車的要求變頻器要通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和戶G卡完成速度檢測(cè)及反饋形成閉環(huán)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接.對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，根據(jù)A、B脈沖的相序可判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向并根據(jù)其頻率測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡PG卡將此反饋信號(hào)送給變頻器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。
　　
　　PG卡選擇PG-B2光電編碼器選用增量式600p/r、推挽放大輸出、A相B相Z相原點(diǎn)信號(hào)、軸徑8mm中空型的編碼器。
　　
　　2.5制動(dòng)單元
　　
　　在變頻器應(yīng)用中當(dāng)?shù)蹉^空載上升或重載下降時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)存在位能負(fù)荷下放.電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)使回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)給濾波電容器充電。當(dāng)回饋能量較大時(shí)會(huì)引起直流環(huán)節(jié)電壓升高發(fā)生故障，電動(dòng)機(jī)急速減速也會(huì)造成上述現(xiàn)象。解決辦法是在變頻器直流環(huán)節(jié)并聯(lián)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。制動(dòng)單元是變頻器一個(gè)可選組件內(nèi)設(shè)檢測(cè)和控制電路.工作時(shí)對(duì)變頻器的直流回路電壓進(jìn)行在線檢測(cè)當(dāng)電壓超過設(shè)定允許值時(shí).觸發(fā)制動(dòng)器晶體管導(dǎo)通經(jīng)電阻釋放能量維持變頻器的直流母線電壓在正常值內(nèi)。一個(gè)制動(dòng)單元可并聯(lián)幾個(gè)電阻，視工況而定。
　　
　　2.6制動(dòng)電阻
　　
　　制動(dòng)電阻消耗回饋電能抑制直流電壓升高。當(dāng)?shù)踯嚋p速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速下降交一直一交變頻器的直流母線電壓升高，為了能消耗回饋電能.抑制直流電壓升高必須配置制動(dòng)電阻。
　　
　　電阻的選擇非常重要，電阻選擇過大則制動(dòng)力矩不足；選擇過小則電流過大、電阻發(fā)熱等問題難以解決。一般我們推薦電阻功率和阻值內(nèi)選擇對(duì)于提升高度較大、電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的情況可以適當(dāng)減小電阻以得到較高的制動(dòng)力矩:如果zui小值不能滿足制動(dòng)力矩的話，要更換大一級(jí)功率的變頻器。
　　
　　制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻應(yīng)根據(jù)回饋zui大能量及時(shí)間來選用。一般制動(dòng)電阻器的選擇應(yīng)使制動(dòng)電流Is不超過變頻器的額定電流1e制動(dòng)電阻zui大功率Pmax要小于，5倍的變頻器功率然后與過載系數(shù)相乘。過載系數(shù)與減速時(shí)間和持續(xù)制動(dòng)時(shí)間有關(guān)，具體要廠家提供電阻器過載系數(shù)及參數(shù)樣本。采用制動(dòng)電阻消耗電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)送回直流回路的電能.制動(dòng)過程中.當(dāng)直流電路電壓高于正常電壓70V時(shí)制動(dòng)單元中的IGB丁進(jìn)行直流斬波使制動(dòng)電阻流過電流消耗再生電能。
　　
　　3、其它配件選擇
　　
　?。?）交流電機(jī)：
　　
　　三相異步電機(jī)
　　
　　銘牌:50Hz,70A,37KW,380V,1470r/min
　　
　?。?）旋轉(zhuǎn)編碼器：
　　
　　渡邊旋轉(zhuǎn)編碼器600p/r、電壓DC17-30V
　　
　　輸出信號(hào):A+、B+、Z+、A-,、B-、Z-
　　
　　（3）液壓制動(dòng)器
　　
　?。?）引電磁制動(dòng)器
　　
　?。?）電磁離合器
　　
　　4、控制方法及變頻器設(shè)置
　　
　　4.1PLC控制方法
　　
　　本系統(tǒng)采用歐姆龍PLC數(shù)字量及模擬量控制.具體控制方式如下：
　　
　　輸入信號(hào):變頻器運(yùn)行信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、頻率模擬量、手柄模擬量輸入、外部制動(dòng)信號(hào)輸入等；
　　
　　控制對(duì)象：變頻器運(yùn)行信號(hào)、零伺服信號(hào)、頻率模
　　
　　擬量;外部制動(dòng)開關(guān)信號(hào)等；
　　
　　串行通訊:與歐姆龍NS觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
　　
　　4.2變頻器設(shè)置
　　
　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的歐姆龍變頻器3G3RV一B4450-ZV1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
　　
　　采用PLC作為邏輯控制部件變頻器和PLC通訊時(shí)采用模擬量。由于3G3RV-B84450-ZV，為通用型變頻器因而用在吊車控制上為了滿足運(yùn)行效率、靈活調(diào)速、定位和安全可靠的要求.其參數(shù)設(shè)置比型變頻器要復(fù)雜得多。下面僅介紹幾個(gè)主要參數(shù)的設(shè)置：
　　
　　曳引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制應(yīng)是閉環(huán)的其轉(zhuǎn)速的檢測(cè)由和電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器完成必須保證旋轉(zhuǎn)編碼器和電動(dòng)機(jī)連接時(shí)的同心度和可靠性.以保證速度采樣的準(zhǔn)確度。
　　
　　變頻器其它常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)銘牌參數(shù)直接輸入，也可通過自學(xué)實(shí)現(xiàn)，本例是采用自學(xué)方法數(shù)直接輸入。也可通過自學(xué)實(shí)現(xiàn)，本例是采用自學(xué)方法讀入電機(jī)參數(shù)，可以使變頻器工作在*狀態(tài)。具體方
　　
　　法：在完成參數(shù)設(shè)置后，使變頻器對(duì)所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，將曳引機(jī)制動(dòng)輪與電動(dòng)機(jī)軸脫離.使電動(dòng)機(jī)
　　
　　處于空載狀態(tài)然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，變頻器便可自動(dòng)識(shí)別并存儲(chǔ)電動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)，使變頻器能對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行*控制至此，變頻器參數(shù)設(shè)置完畢。
　　
　　軟件設(shè)計(jì)主要參數(shù)設(shè)置如表1：　　
　　其他參數(shù)按變頻器出廠值設(shè)置。部分現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2一4.
　　
　　5、設(shè)備調(diào)試出現(xiàn)的問題分析及解決
　　
　　上述系統(tǒng)在整機(jī)調(diào)試過程中遇到以下問題，經(jīng)討論及技術(shù)改動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)問題已經(jīng)全部解決。出現(xiàn)的問題簡(jiǎn)單
　　
　　列舉如下：
　　
　?。?）開始開機(jī)送模擬t緩慢.運(yùn)行不正常
　　
　　解決方法：PLC先提供給變頻器正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)信號(hào)，然后提供模擬量。　　
　　6、結(jié)束語
　　
　　設(shè)備經(jīng)過調(diào)試，并經(jīng)過遼寧省建設(shè)機(jī)械城市車輛檢測(cè)中心專家現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，達(dá)到預(yù)期效果證明歐姆龍控制系統(tǒng)在動(dòng)臂吊車控制的應(yīng)用是成功的，具有廣闊的前景。