摘要：變頻器以其智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點越來越受到人們的廣泛應(yīng)用。變頻器不僅調(diào)速平滑，效率高，啟動力矩大，運行平穩(wěn)，而且具有強大的功能塊控制。尤其對提升傳動更有較好的精確控制性。

本文介紹了100T橋式起重機主起升采用ABB變頻器控制及其配置情況,論述了該變頻器控制參數(shù)的設(shè)置及變頻器功能模塊調(diào)用。并對主鉤變頻系統(tǒng)運行過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行了分析討論。

一、工藝概述

煉鐵廠鑄鐵機1#100T天車，為大連重工機械設(shè)計院設(shè)計。主要起吊100T以下鐵水罐為轉(zhuǎn)動的鑄鐵鏈帶機模具中傾倒流量穩(wěn)定的鐵水，屬液體天車。該天車主鉤起鉤快慢、平穩(wěn)與否，決定著鐵水流量大小連續(xù)，模具內(nèi)鐵水是否過滿、過淺。如鐵水過滿會導(dǎo)致鐵水溢出，出現(xiàn)鐵水落地嚴(yán)重問題。鐵水過淺導(dǎo)致鑄鐵產(chǎn)能降低，不能高效鑄鐵。所以對橋式起重機的起升機構(gòu)的精確、安全穩(wěn)定性有著較高的要求。

二、控制系統(tǒng)

該橋式起重機主鉤，由電動機鋼性連接減速機傳動鋼絲繩鉤頭升降。三相異步電動機采用ACS800-0210+D150變頻器矢量控制。變頻器先是由操作桿閉合觸點控制中繼接觸器吸合，中繼輸出電壓信號輸入變頻器RMIO板，根據(jù)RMIO板定義端子所接收到命令變頻器進(jìn)行運行。并采用更加靈敏、保險的斷電液壓推動器雙抱閘制動。

該變頻器內(nèi)部存儲有CRANE宏（提升宏）,M/F CTRL宏（主從宏）。另有兩套USER 1 SAVE,USER 2 SAVE用戶自定義宏，可根據(jù)現(xiàn)場實際需要來設(shè)定參數(shù)。該橋式起重機則使用CRANE宏。

ACS800-0210+D150變頻器共有37組參數(shù)，一套完善、精確的控制都是由這些參數(shù)相互的組合調(diào)節(jié)組成。考慮參數(shù)冗多，只取重要參數(shù)及安裝調(diào)試涉及故障案例闡述。

99 START-UP DATA 本參數(shù)組為啟動參數(shù)組。意為第一次開機時進(jìn)行設(shè)置。務(wù)必注意的是相關(guān)數(shù)據(jù)一定按照電機銘牌標(biāo)注的輸入，以免造成辨識時故障。

99.1LANGUAGE 語言。此參數(shù)有英、德等13種語言供選擇。

99.2 APPLICATIONMACRO 應(yīng)用宏選項。此參數(shù)在2.1.1講述。但需要告知讀者，如使用用戶自定義USER 1 SAVE或USER 2 SAVE宏時，應(yīng)遵循以下順序，事先將99.2選擇為USER 1 SAVE或USER 2 SAVE,待設(shè)定完畢參數(shù)時，務(wù)必確認(rèn)存儲再將99.2參數(shù)組選擇為USER 1 LOAD或USER 2 LOAD。意為調(diào)用該宏。否則停電后便會恢復(fù)出廠設(shè)定值。

99.3APPLIC RESTORE 恢復(fù)出廠值。如果選擇的應(yīng)用宏為CRANE 或 M/F CTRL，參數(shù)恢復(fù)為出廠值，除了參數(shù)組50，51，98 和 99 的參數(shù)將保持不變。如果選擇的應(yīng)用宏為用戶宏1 或2，則參數(shù)值將恢復(fù)為上一次所存儲的參數(shù)值。另外，電機辨識運行的結(jié)果也將被恢復(fù)，除了參數(shù)組50，51，98 的參數(shù)將保持不變。

99.4MOTOR CTRL MODE 本參數(shù)設(shè)置電機的控制模式。DTC (直接轉(zhuǎn)矩控制) 模式適用于多種應(yīng)用。ACC800 對鼠籠式電機進(jìn)行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，在所有的提升起重傳動應(yīng)用中都要求脈沖編碼器。

99.5 ，99.6 ，99.7 ，99.8 ，99.9 組參數(shù)均是電機銘牌上的相關(guān)數(shù)據(jù)。

99.10 MOTOR ID RUN 此參數(shù)用于啟動電機的辨識運行。在運行中， ACC800 將辨識電機的特性以獲得最優(yōu)的電機控制。電機的辨識運行持續(xù)大約一分鐘。

23 SPEED CTRL 本參數(shù)組為速度控制組。當(dāng)實際速度與給定之間存在偏差值時(誤差值)，該參數(shù)的值定義了速度控制器的輸出應(yīng)如何應(yīng)對改變。此參數(shù)的設(shè)置決定了主鉤在運行時的穩(wěn)定精確性。故在調(diào)試時分別在輕、重載狀態(tài)反復(fù)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。下圖給出了速度控制器的典型階躍響應(yīng)。

A: 欠補償: 23.2 INTEGRATION TIME 太短而 23.1 GAIN 太低

B: 常規(guī)整定, 自整定

C: 常規(guī)整定, 手動整定。動態(tài)性能比B 更好

D: 過補償:INTEGRATION TIME 太短而23.1 GAIN 太高

23.1 GAIN 速度控制器的相對比例增益。如果整定為 1，那么10 %的誤差變化量；例如： 給定- 實際值 )將引起速度控制器的輸出變化10 %的額定轉(zhuǎn)矩。注意: 過大的增益可能造成速度振蕩不穩(wěn)定。我們設(shè)置該參數(shù)值為15。

23.2 INTEGRATION TIME 當(dāng)誤差值恒定時，積分時間決定了控制器輸出變化率。積分時間越短，連續(xù)誤差值校正得越快。但是過短的積分時間有可能造成控制不穩(wěn)定。我們設(shè)定該參數(shù)為0.5s。該圖為誤差階躍恒定后的速度控制器的輸出。

23.3 DERIVATION TIME 如果誤差值改變，微分作用將增加控制器的輸出。變化過程中，微分時間越長，速度控制器輸出增加的越大。微分使控制對擾動更敏感 。如果將微分時間設(shè)定為0，那么控制器將作為PI 控制器工作，否則為 PID 控制器。只有在使用脈沖編碼器時才推薦使用這個參數(shù)。

50 PULSE-ENCODER 此參數(shù)組為脈沖編碼器參數(shù)組。編碼器有防溜鉤保護功能，對于提升系統(tǒng)是必不可少的保護裝置之一。

50.1 PULSE NR 本參數(shù)定義了編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)。務(wù)必按照編碼器的脈沖數(shù)輸入該參數(shù)，否則無法運行。

50.2 SPEED MEAS MODE 此參數(shù)定義了編碼器脈沖的計算方法。

50.3 ENCODER FAULT此參數(shù)定義當(dāng)脈沖編碼器和脈沖編碼器接口模塊(RTAC 或 NTAC)之間，或脈沖編碼器模塊和RMIO 板之間檢測到通訊故障時，ACS 800 的動作。

如果估測速度和編碼器測量速度之間經(jīng)濾波后有20 %的偏差。啟動時，在定義的時間內(nèi)未收到編碼器的脈沖信號，而電機轉(zhuǎn)矩已經(jīng)處于極限值，此時啟動編碼器監(jiān)控功能。

三、功能模塊

1、速度監(jiān)視

本功能模塊用于監(jiān)控電機的超速并會在電機超速時給出跳閘信號。如果電機的速度超過了MOT OVERSPEED LEV (61.3)定義的等級，通過發(fā)出信號 MOT OVER SPEED， 傳動將立即跳閘（變頻器關(guān)停+制動裝置），并在控制盤上顯示故障同時發(fā)送信號給現(xiàn)場總線和故障記錄器。

2、轉(zhuǎn)矩監(jiān)視

本功能模塊用于監(jiān)控電機轉(zhuǎn)矩。它通過檢查電機在加速和減速時是否能夠跟隨速度給定，在正常運行和加／減速期間是否產(chǎn)生過度的速度偏差來實現(xiàn)的。為激活本監(jiān)控功能，將TORQ MON SEL (62.1)設(shè)為"True"。如果速度偏差的絕對值 (SPEED REF4 - SPEED ACT)高于SP DEV LEV(參數(shù) 62.2)且時間大于TORQ FLT TD (參數(shù) 62.3)的時間，傳動將因為轉(zhuǎn)矩故障而跳閘。并在控制盤上顯示TORQ FLT 同時發(fā)送信號給現(xiàn)場總線和故障記錄器。

參數(shù)SP DER BLK LEV (62.4)，以%每秒表示的實際速度變化率，可用于在加/減速期間封鎖保護。只要在加/減速期間實際的電機轉(zhuǎn)速的變化率(微分)高于參數(shù)SP DER BLK LEV 的值， 轉(zhuǎn)矩故障保護將被封鎖。舉例：加速斜坡時間設(shè)為5 秒，SP DER BLK LEV 設(shè)為8%/s，在加速期間如果達(dá)到了轉(zhuǎn)矩限制，傳動并不會因轉(zhuǎn)矩故障而跳閘，只要實際的加速時間(0-100%)低于12.5 秒(100% / 8%/s=12.5s)。

3、轉(zhuǎn)矩驗證

轉(zhuǎn)矩驗證是包括在傳動控制中的一個功能模塊，它用于確認(rèn)在松開抱閘和開始提升運行之前傳動能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，抱閘沒有打滑(信號 "Zerospeed"=1)。該功能模塊主要用于起重機傳動，但也可以用于其它帶有編碼器反饋的應(yīng)用。轉(zhuǎn)矩驗證是機械抱閘被施加時給一個正的轉(zhuǎn)矩給定來完成的。如果轉(zhuǎn)矩驗證成功，則表示轉(zhuǎn)矩達(dá)到了正確的等級，制動將抬起，執(zhí)行啟動序列中的下一步驟。

執(zhí)行轉(zhuǎn)矩驗證的時間是非常短的(大約100 ms)，操作者在啟動過程中一般感覺不到。轉(zhuǎn)矩驗證通過設(shè)置以下參數(shù)來激活:- TORQ PROV SEL (66.1) = ” True ”轉(zhuǎn)矩驗證的給定，TORQ PROV REF (66.4)設(shè)置輸出信號TORQ PROVREF。而實際轉(zhuǎn)矩可以從信號MOT TORQ 讀出。當(dāng)轉(zhuǎn)矩驗證被激活但還沒有執(zhí)行時，輸出信號TORQ PROV OK 為” 0 ”。當(dāng)輸入信號RUNNING 為“1”時，即變頻器啟動時，轉(zhuǎn)矩驗證程序就開始了。當(dāng)轉(zhuǎn)矩驗證程序完成后，輸出信號TORQ PROV OK 被置” 1 ”。如果在轉(zhuǎn)矩驗證期間檢測到了任何故障，信號TORQ PROV OK 不會為“1”但是輸出信號TORQ PROV FLT 被置為” 1 ”，且傳動跳閘。相應(yīng)信息顯示在控制盤上并發(fā)出一個指示給監(jiān)控系統(tǒng)。注意：在轉(zhuǎn)矩控制模式下轉(zhuǎn)矩驗證無效。

四、各故障處理與預(yù)防措施

1、高速運行速度不穩(wěn)

在升降25Hz以上時，電機出現(xiàn)時快時慢的現(xiàn)象。觀察CDP312R控制盤顯示器，給定數(shù)據(jù)明顯高低波動?？紤]輸入信號有閃爍不穩(wěn)的原因，便將輸入回路的各線路、中繼均更換一邊，但故障依舊。經(jīng)過反復(fù)試驗調(diào)試最后確定為RMIO主控板內(nèi)部問題，更換新RMIO主控板后正常。

2、啟動反轉(zhuǎn)隱患

1#天車因更換新變頻器，將變頻參數(shù)重新設(shè)置。在試車期間出現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)上升啟動瞬間，電機先反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動再正轉(zhuǎn)上升。此現(xiàn)象造成機械齒輪及電機軸承嚴(yán)重?fù)p傷，檢查控制線路均無異常。核查變頻參數(shù)時發(fā)現(xiàn)啟動轉(zhuǎn)矩選擇器選擇了啟動轉(zhuǎn)矩固定給定設(shè)置。該給定又設(shè)置過大，將參數(shù)值減小后正常。

3、LGBT短路故障

變頻器在正常使用時突然停車，檢查變頻CDP312R控制盤顯示器顯示SHORT CIRCUIT,查詢故障代碼描述為：在電機電纜或電機側(cè)有短路。處理方法為檢查電機和電機電纜。檢查變頻器輸出側(cè)有無功率因數(shù)矯正電容或浪涌吸收裝置。變頻器的輸出橋故障。處理方法為檢查IGBT 和電流互感器，即使監(jiān)測到一個損壞的 IGBT，也要更換INT 板。經(jīng)過遙測電機電纜絕緣無異常，檢查變頻器發(fā)現(xiàn)內(nèi)部IGBT管由于積灰嚴(yán)重導(dǎo)致相間短路所致。更換新變頻，改善配電倉除塵效果后正常。

4、預(yù)沖電阻損壞故障

天車主鉤在起升作業(yè)時，突然故障停車。變頻器面板CDP312R控制盤顯示器顯示DC OVERVOLT。查詢故障描述：直流回路的DC 電壓過高。DC 過壓的跳閘限 制值是1.3 ·1.35· U1max ，這里U1max 是主電壓范圍的最大值。對于400 V 單元，U1max 是415 V。 對于500 V 單元，U1max 是500 V 對于690V 單元。相應(yīng)的跳閘限制值為400 V 單元為728Vdc，500 V 單元為877Vdc，690V 單元為1210 Vdc，U1max 是690V。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)制動電阻因灰塵接地短路，將變頻器內(nèi)部預(yù)充電阻燒毀。更換新電阻，加強清灰密封，更換新預(yù)沖電阻后正常。

5、頻繁報轉(zhuǎn)矩故障

變頻器面板CDP312R控制盤顯示器顯示TORQ FLT。查詢故障描述：在恒速運行期間，如果SPEED ERROR 高于SP DEV LEV (62.2 )的時間超過了TORQ FLT TD (62.3 )。傳動將由于TORQFLT 跳閘。解決措施：檢查斜坡時間。檢查轉(zhuǎn)矩和電流極限的設(shè)置。檢查轉(zhuǎn)矩監(jiān)控(組)的參數(shù)設(shè)置。檢查電機和電機電纜。檢查脈沖編碼器(A 和 B)與RTAC 模塊的連接。

經(jīng)檢查電機電纜無異常，核查變頻參數(shù)SP DEV LEV數(shù)值為10%，設(shè)置過小所致。調(diào)整為20%后正常。

日照鋼鐵有限公司兩臺100T主鉤變頻天車，于2007年投入運行，在系統(tǒng)調(diào)試運行過程中，發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計隱患和不足，通過不斷改進(jìn)，先后增設(shè)了增量型編碼器防溜鉤系統(tǒng)，制動電阻防接地短路改善等。目前設(shè)備運行平穩(wěn)，該系統(tǒng)的成功應(yīng)用也為其它用戶設(shè)計和選型時借鑒。

五、參考文獻(xiàn)：

1、ACC 800 提升機應(yīng)用程序7.2(+N652)3ABD00010450 版本C，北京，ABB 電氣傳動系統(tǒng)有限公司

2、起重機械設(shè)備制造及應(yīng)用