1．引言

      繞型異步電動機,轉子串多級電阻的電氣傳動是起重機最廣泛的傳動形式,是最簡單的調速方案,但是具有以下的缺點：　

1.  串電阻分級起動時,對起重機鋼結構沖擊大。

2.系統起動電流大,起動電流達3～6倍的定子額定電流。

3.調速性能差,效率低,且系有級控制,有電流沖擊,轉速一半以下工作時,機械特性軟,不能穩定工作運行。

4.制動停止沖擊大,采用電磁制動的機械制動,在較高速度下進行,制動慣性力矩和制動電流大,短時沖擊力大于負載轉矩3倍以上,對整個起重機鋼結構沖擊大。

      由于以上因素的存在，對于濟鋼中板廠鋼板表面質量存在較大的影響，嚴重的影響了我廠產品在客戶心目中的形象。同時由于調速性能差，操控性較差，導致薄規格鋼板鋼板在調運過程中極易損傷板邊，造成大量的資金用于質量異議賠付。

      而當前控制領域，矢量變頻技術已經成熟并且得到了極為廣泛的成功應用，如果在新上板庫天車中引入此技術，那么會為今后的長期運行帶來“一勞永逸”的應用效果，會使得此天車為真正意義的“免維護”系統，大大地降低維護成本，節省人力資源。因此，基于以上考慮，決定對濟鋼中板廠20+20噸天車引入矢量變頻控制技術。

2．ControlLogix系統的應用

      根據控制要求，我們提出了使用ControlLogix系統集成構架來解決的方案。面向高性能和可伸縮性設計。它具有多處理器, 多任務, 多網絡, 多語言；各種各樣的模擬, 離散和特殊 I/O ；車間和信息系統之間最大的連通性；順序, 過程, 傳動和運動控制的高級集成的特點。

      該控制系統是CONTROLLOGIX系統主機架、1794FLEX I/O分站、觸摸屏、AB矢量變頻器、交流變頻電機YPG355M-10雙軸變頻電機一臺組成的矢量控制調速系統。PLC主要完成對矢量變頻器及大車及小車橫移變頻器的控制，接收由操作臺1794FLEX I/O分站采集到信號并通過DeviceNET現場總線傳輸到CONTROLLOGIX控制器，由控制器做出運算后給通過DeviceNET現場總線送給AB矢量變頻器做為給定信號。觸摸屏主要負責和PLC進行通訊，對整個控制系統的狀態進行監控。AB矢量變頻器接收給定信號后，根據給定的的大小和正負來使得變頻調速驅動電機運轉的快慢和方向。電氣控制系統網絡示意圖如圖1所示。

圖1

3．增量型編碼器的使用

      增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。 

      由于天車系統為人工操作，且視現場情況改變給定，所以選用絕對值型編碼器并不合適，對于增量型編碼器接線方式簡單，信號處理方便。工作電壓為24VDC，返回信號為脈沖信號，可直接連接至變頻器相應模板上進行處理的特點較為適合此控制系統使用。

      我們對POWERFLEX700型矢量變頻器的控制板端子設計接線入如圖2所示：

圖2

      由于采用現場總線控制，僅需要輸入輸出部分信號即可。

4、POWERFLEX700變頻器在本套系統中的研究

      該系統中變頻器采用羅克韋爾公司AB系列POWERFLEX700型號，其矢量型變頻器的功能有V/F控制和無速度傳感器矢量控制及有速度傳感器矢量控制。適合應用于重物提升機構，物料的處理及應用于擠壓機及攪拌機。根據硬件接線要求與矢量控制要求對起升裝置變頻器進行參數優化設置，以下為該系統中部分參數設置簡介：

電機控制參數

      P53=4，P88=1,P412=0決定該系統為矢量控制，投用AB系列變頻器的FORCE矢量控制技術。

      P413=1024是編碼器脈沖頻率設置

      P155，P163是變頻器制動方式選擇，由于設計制動功率遠遠大于內部制動功率，所以此處設置為P163=1，外接制動電阻。起升裝置停車后變頻器立刻停止輸出會造成理論上的溜鉤現象，所以設置P155=1,斜坡制動模式。

      P140,P142為加減速時間的設定，這兩個參數的設定，決定了系統動態響應時間，它將直接決定矢量變頻調速系統的快速性。

      AB系列變頻器通過現場總線通訊有固定的控制字作為接口，但是如果需要讀取變頻器參數狀態需要用DATALINK與變頻器相連，如圖3所示：

圖3

5．控制模型的建立思路

      制約變頻器在天車上使用的最大問題是變頻器啟動時力矩較小，使得在重載起動時，容易發生溜鉤現象。控制溜鉤時可以將系統的啟動條件中加入達到溜鉤時力矩的連鎖，從而控制抱閘系統打開的條件，可在理論上消除溜鉤的可能性。

      根據圖4所示的POWERFLEX700變頻器矢量控制原理圖，我們可以發現，變頻器最終輸出的轉矩電流來決定起升力距的大小，而所有的外部輸入參數均是可變的。

圖4

      根據交流電動機力矩特性，當電機為矢量控制方式時，如果電機在額定轉速以下，其力矩電流的與定力矩電流的百分比也就是輸出力矩與額定力矩的百分比。這樣我們可根據變頻器輸出的轉矩電流來作為控制溜鉤的唯一變量。通過DATALINK的方法，將變頻器的轉矩電流采集至CONTROLLOGIX構架中，由1756-L61CPU進行處理后，在給變頻器運行的指令，從而達到避免溜鉤的目的。

      起升變頻器啟動時，變頻器輸出速度，轉矩電流和實際返回的速度曲線在一個象限中可，實際轉速最低點做一條垂線，與轉矩電流值交匯處轉矩電流值即為力矩達到時所需電流值。

      實際研究過程中，該數值的獲取可以通過羅克韋爾的DRIVETOOLS軟件的DriveObserver中采集，該軟件界面如圖5所示：

圖5

      連接相應的參數，進行在線監控，取得相應的數值即可。

      將轉矩電流DATALINK上的數據同得出的溜鉤經驗數值進行比較，串入抱閘控制連鎖中，控制程序連鎖如圖6所示：

6．軟件編程設計

      本系統為羅克韋爾CONTROLLGIX集成構架，編程軟件采用RSLOGIX5000軟件進行編程，根據工藝要求和良好的硬件基礎，軟件設計實現了連鎖合理、保護全面、程序簡潔、容易讀寫、查詢方便快捷等效果，同時也實現了起升裝置，大車行走，小車行走，液壓潤滑系統連鎖信號的順暢傳送。為新20+20噸天車矢量變頻系統的長期穩定運行，提供了強大的軟件支持。

7．應用效果評價

通過POWERFLEX700矢量控制變頻器的應用，實現了設備精準定位，減小了設備的沖擊，提高了主起升穩定性，實現了薄規格板及較長鋼板的平穩吊運，有效防止了鋼板表面劃傷。