摘要: 本文分析了塔吊的工作原理和回轉(zhuǎn)控制技術(shù)要求，提出了直接采用多臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步控制方案。VACON變頻器具有可編程功能，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個(gè)符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化的編程工具，它可以用來設(shè)計(jì)Vacon NX特殊的控制邏輯和參數(shù)。它包含了基本功能模塊和高級(jí)功能模塊，如各種濾波器，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創(chuàng)建參數(shù)，故障信息和其他與應(yīng)用相關(guān)的特性。塔吊回轉(zhuǎn)控制中采用主從同步控制算法，主從變頻器間用光纖通訊。實(shí)際應(yīng)用證明用此方案實(shí)現(xiàn)的塔吊回轉(zhuǎn)控制具有噪音小、高效、節(jié)能、同步性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞: VACON變頻器；塔吊；主從同步控制;
1 引言
現(xiàn)在，我國(guó)的建筑用塔式起重機(jī)已越來越普遍，從普通的多層建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程，到處都有塔機(jī)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用。其中啟升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車變幅機(jī)構(gòu)的控制發(fā)展趨勢(shì)是采用變頻器控制。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是具有較大的慣性沖擊，啟動(dòng)過快沖擊大，停車和打反轉(zhuǎn)都不允許過快過急，否則不僅運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，還會(huì)損壞機(jī)構(gòu)。更好的解決辦法是采用回轉(zhuǎn)專用減速機(jī)，同時(shí)采用變頻調(diào)速使起制動(dòng)最平穩(wěn)。并且采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)具有多重保護(hù)，使系統(tǒng)更加安全可靠。
2 塔吊回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理小齒輪
塔吊是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保證其工作覆蓋面的，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上，并由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)上支座相對(duì)于下支座運(yùn)動(dòng)。大齒圈需要兩至四個(gè)小齒輪驅(qū)動(dòng)，小齒輪均勻放在大齒圈四周，如圖1。
塔機(jī)回轉(zhuǎn)慣性很大，回轉(zhuǎn)起、制動(dòng)時(shí)往往會(huì)有慣性沖擊。為保證回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性要軟，回轉(zhuǎn)加減速度一定要小，要求驅(qū)動(dòng)小齒輪的電動(dòng)機(jī)之間保持同步。
3 回轉(zhuǎn)同步控制原理
為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)小齒輪的電動(dòng)機(jī)之間保持同步，采用具有同步控制應(yīng)用宏的VACON變頻器。作為低壓變頻器領(lǐng)域的主要領(lǐng)導(dǎo)者之一的芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司, 是世界上唯一的一家變頻器專業(yè)制造商。其研發(fā)的VACON變頻器具有可編程功能，有專用于起重機(jī)的起升應(yīng)用宏和回轉(zhuǎn)主從同步控制應(yīng)用宏，具有優(yōu)良的控制性能。
VACON變頻器主從同步控制應(yīng)用宏是為采用NXP系列變頻器且電機(jī)軸之間由齒輪、鏈條、皮帶等連接的應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。
外部控制信號(hào)只提供給主NXP變頻器，主變頻器經(jīng)過系統(tǒng)總線控制從變頻器。主變頻器采用典型的速度控制狀態(tài)，其它的從變頻器是轉(zhuǎn)矩或速度參考。
從變頻器轉(zhuǎn)矩參考控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間為剛性連接時(shí)，如齒輪、鏈條連接。以便驅(qū)動(dòng)之間沒有速度差別。從變頻器速度參考控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間柔性連接時(shí)，以便驅(qū)動(dòng)之間略為有速度差別。
主從變頻器通過擴(kuò)展卡NXOPTD2連接，擴(kuò)展卡之間同過光纜實(shí)現(xiàn)通訊。變頻器在這種連接方式下，最左邊的為主變頻器，其他的為從變頻器。在主變頻器上的擴(kuò)展板NXOPD2是默認(rèn)的跳線選擇，如X6:1-2 , X5: 1-2. 在從變頻器上的擴(kuò)展板NXOPD2是必須改成如下的跳線選擇，如 X6:1-2 , X5: 2-3。每臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)各自電機(jī)，通過主從控制功能實(shí)現(xiàn)同步控制。
3.1 主從同步控制控制參數(shù)設(shè)計(jì)
主從同步控制參數(shù)組設(shè)計(jì)了主從系統(tǒng)功能，主從參數(shù)通訊中沒有經(jīng)過系統(tǒng)總線從從機(jī)反饋給主機(jī)的信號(hào)，推薦把從機(jī)的故障輸出信號(hào)連接到主機(jī)外部故障輸入端。系統(tǒng)總線通訊中丟失從機(jī)將觸發(fā)#81系統(tǒng)總線錯(cuò)誤，如果主機(jī)報(bào)警從機(jī)將報(bào)#80錯(cuò)誤。參數(shù)敘述如下：
P2.12.1 主從選擇: 此參數(shù)定義了主從連接的驅(qū)動(dòng)關(guān)系。主機(jī)次參數(shù)設(shè)定為Master ,主機(jī)將通過光纖通道傳輸主從控制字，速度參考，轉(zhuǎn)矩參考等。從機(jī)次參數(shù)設(shè)定為FOLLOWER同時(shí)把控制位置參數(shù)P3.1設(shè)定為Systembus.
P2.12.2 本機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào):用于系統(tǒng)總線驅(qū)動(dòng)。0～63每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都有唯一的本機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào)。
P2.12.3 從機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào)：主從通訊中下一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。
P2.12.4 系統(tǒng)總線通訊速度:設(shè)置系統(tǒng)總線通訊速度。0=1.5 Mbit/s 1=3 Mbit/s
P2.12.5 轉(zhuǎn)矩模式選擇: 主機(jī)是典型的速度控制。參數(shù)可選如下：
0=不用
1=速度控制：當(dāng)主從電機(jī)軸是柔性連接時(shí)，主機(jī)從機(jī)都可設(shè)置成此參數(shù)，以便允許主機(jī)從機(jī)之間速度有一些差別。
2=轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制驅(qū)動(dòng)。當(dāng)主從電機(jī)軸是剛性連接時(shí)（用齒輪或鏈條）此參數(shù)用于從機(jī)選擇，以便主機(jī)從機(jī)之間沒有速度差別。
3=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最小值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中較小值作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩參考。只在特殊情況使用。
4=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最大值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中較大值作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩參考。只在特殊情況使用。
P2.12.6 轉(zhuǎn)矩標(biāo)定:對(duì)應(yīng)于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。默認(rèn)值1000。此參數(shù)轉(zhuǎn)矩參考的標(biāo)定因子。選擇1000對(duì)應(yīng)于額定轉(zhuǎn)矩參考。
P2.12.7 負(fù)載分配比例：負(fù)載分配轉(zhuǎn)矩參考的百分?jǐn)?shù)。如設(shè)定100%=驅(qū)動(dòng)器間根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩分配負(fù)載。
P2.12.8 轉(zhuǎn)矩參考源選擇:從機(jī)轉(zhuǎn)矩參考源。
0=不用
1=主機(jī)
2=現(xiàn)場(chǎng)總線
3=模擬1信號(hào)
4=模擬2信號(hào)
P2.12.9 從機(jī)參考頻率：從機(jī)速度參考源。
0=從機(jī)本身參考頻率
1=主機(jī)參考頻率
2=主機(jī)輸出斜坡（從機(jī)斜坡不起作用）
3.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果分析
此控制系統(tǒng)應(yīng)用在沈陽建筑機(jī)械廠K520塔吊上，回轉(zhuǎn)控制圖1中用4四個(gè)小齒輪分別用4臺(tái)11KW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，4臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由4臺(tái)Vacon變頻器驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成主從控制，變頻器1為主控制器設(shè)定為速度控制，其他3臺(tái)變頻器為從控制器設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制。工作中4臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本相等，回轉(zhuǎn)起、?？刂破椒€(wěn)，控制效果達(dá)到要求，用戶滿意。
4 結(jié)論
應(yīng)用變頻器的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
回轉(zhuǎn)起、停控制平穩(wěn)，由于采用芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司的VACON變頻器,用其開放式編程平臺(tái)，開發(fā)的主從同步控制應(yīng)用宏，使控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能。同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行安全，性能可靠，電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載、過壓、過流時(shí)，變頻器會(huì)及時(shí)給出報(bào)警，停止系統(tǒng)工作。高效節(jié)能，在變頻器控制下，電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間沒有達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。采用變頻器控制塔吊的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)越，具有很好的推廣價(jià)值。
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