寶米勒變頻器在施工升降機中的應用
bmller 2021-04-02
一、 引言
施工升降機是現(xiàn)代高層施工中必不可少的重要的垂直運輸設備。特別是在高層、超高層建筑施工中擔任了極其重要的任務，對于保證施工工期與安全，降低施工成本，減輕勞動強度起著不可替代的作用。本文介紹寶米勒起重專用變頻器在人貨兩用施工升降機上的應用、調(diào)試和現(xiàn)場功能測試驗證。
二、 施工升降機介紹
升降機作為一般高層建筑輸送人員及散碎材料的垂直運輸設備已被廣泛應用，普通施工升降機由于控制方式和設計等原因，存在以下幾個問題：
1、 采用接觸器控制，運行速度單一，一般速度為34－38m／min，運行速度低，影響施工速度和施工企業(yè)效益，對高層建筑此問題表現(xiàn)突出。如單純提高速度將造成加速度過大，結(jié)構(gòu)和機構(gòu)所受沖擊過大而加快齒輪齒條及制動盤的磨損，降低運行可靠性和增加維護成本。
2、 啟動沖擊大，對結(jié)構(gòu)和機構(gòu)損壞較嚴重。
3、 普通施工升降機采用機械抱閘強制制動，升降機從高速突然降到零速，由于慣性作用， 強制抱閘對結(jié)構(gòu)和機構(gòu)沖擊大，載人舒適度差，載貨料沖擊大。
4、 一般采用直接啟動或者星三角降壓啟動，啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大，影響其他設備的正常運行。
5、 負載變化造成停位不準確，對司機經(jīng)驗要求較高。
普通施工升降機減速到平層時無爬行過程，由運行速度直接向零速減速，升降機的平層是靠司機目測手動控制實現(xiàn)，效率低，經(jīng)常要上、下點動幾次才能準確平層。
三、寶米勒起重專用變頻器介紹
寶米勒起重機專用矢量變頻器，采用先進的控制理論，具有優(yōu)異的力矩控制性能，專業(yè)針對起重配套行業(yè)設計，可靠的抱閘控制、輕負載升速、快速停車、超速保護、預勵磁、起動預轉(zhuǎn)矩補償、松繩檢測、起重機操作模式、主從控制等特點，保證起重行業(yè)使用的安全性、可靠性和高效性；面向起重行業(yè)高、中端用戶需求，有平移機構(gòu)變頻、全變頻、能耗制動、回饋制動等多種成熟應用方案供用戶選擇；廣泛適用于各種起重機械的起升、俯仰、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機構(gòu)的交流無級調(diào)速。
主要技術(shù)特點如下：
u 1、抱閘邏輯控制與監(jiān)控功能——安全、可靠
l 準確的抱閘開啟和閉合控制時序，通過抱閘實時狀態(tài)反饋和起動預轉(zhuǎn)矩補償，確?？刂频陌踩院涂煽啃浴?/span>
u2、輕負載升速功能——高效
l 起重機空鉤或輕載時實現(xiàn)2 倍速運行，提高裝卸效率。
u3、起重機操作模式——方便、靈活
l 有操縱桿模式、遙控模式、電動電位器模式、分級式操縱桿給定模式、分級式遙控給定模式、通訊給定模式等，方便起重機不同的應用場合。
u4、主從控制速度同步技術(shù)——高端運用
l 在雙起升機構(gòu)提升一個重物時，主從控制速度同步功能保證兩個起升機構(gòu)同步提升，確保安全。
5、主從控制功率平衡技術(shù)——高端運用
在兩個大功率電機通過減速箱剛性連接驅(qū)動一個起升機構(gòu)時，主機采用速度控制， 從機采用力矩控制，實現(xiàn)功率平衡，保證兩個電機出力均勻。
6、第二電機控制及切換功能 —— 經(jīng)濟
一臺變頻器通過參數(shù)自學習可以自動存儲兩四套電機參數(shù)，通過切換指令實現(xiàn)對兩組電機的高性能矢量控制；便于電氣傳動系統(tǒng)的控制，提高用戶競爭力。
7、松繩檢測功能——安全、可靠
防止在起重機繩索松弛的情況下，輕負載升速功能誤動作引發(fā)的不安全運行。
8、專業(yè)的網(wǎng)絡通訊功能——靈活
支持PROFIBUS-DP、以太網(wǎng)和MODBUS 通訊方式
能實現(xiàn)多個變頻器和PLC 之間的通訊連接
實現(xiàn)變頻器與PC 之間通信和數(shù)據(jù)傳輸，方便監(jiān)控和參數(shù)設定。
9、控制回路電源和主回路電源可以分別控制——安全
提高了用戶調(diào)試時的安全性
便于故障診斷與維護
10、危險速度監(jiān)視、快速停車及超速保護——安全
有速度監(jiān)視和轉(zhuǎn)矩監(jiān)控；
支持3 種快速停車模式：電氣制動的停車、電氣制動加機械制動的停車、機械制動的停
11、預勵磁及起動預轉(zhuǎn)矩補償——安全、可靠
預勵磁功能是在啟動之前自動地對電機實行直流勵磁，以保證電動機快速地提供起動轉(zhuǎn)矩，并通過設定起動預轉(zhuǎn)矩補償值和調(diào)節(jié)勵磁的時間，使電動機的起動與機械制動器的釋放時間相配合，避免出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。
12、電流矢量控制技術(shù)，零速時實現(xiàn)200％轉(zhuǎn)矩輸出，對各類起重機、提升機等場合應付自如。
快速的轉(zhuǎn)矩響應避免提升負載時的溜鉤現(xiàn)象
13、多電機并聯(lián)矢量控制，滿足變頻升降機控制需要。
四、寶米勒變頻器在施工升降機上的應用
1、設備相關(guān)參數(shù)介紹
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設備參數(shù) |
設備名稱 |
變頻調(diào)速建筑升降機，單籠無對重 |
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額定載重量（T） |
載重量2T，自重3T |
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提升速度（m/min） |
0~40m/min 可調(diào) |
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電機、減速箱參數(shù) |
電機型號 |
客戶自有品牌 |
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額定功率(kW) |
33kW，3 臺11kW 電機，采用硬鏈接，同軸輸出 |
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額定電流(A) |
70.5A，單臺電機電流23.5A，3 臺70.5A |
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額定電壓(V) |
380V |
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額定轉(zhuǎn)速(RPM) |
1395 |
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額定頻率(Hz) |
50 |
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電氣系統(tǒng)參數(shù) |
PLC |
ABB |
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變頻器 |
MC200G0450T4 |
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制動單元 |
DBU-055-4 |
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輸入電抗器 |
120A/0.13mH |
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旋轉(zhuǎn)編碼器 |
1024 線、10V~30V 電源（軸套式） |
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制動電阻 |
阻值：5 歐姆；功率：50kW |
2、系統(tǒng)原理分析
機械系統(tǒng)
此系統(tǒng)所用升降機，為單籠無對重式建筑專用人貨升降機，工作高度為0~200m，設計提升極限速度為40m/min，整個系統(tǒng)采用安裝在支架上的齒條傳動，沿固定軌道進行運動，齒條可隨意裝載與拆除，從而實現(xiàn)任意調(diào)整升降機的工作高度。系統(tǒng)的動力來源為三個并聯(lián)連接的電機同時提供動力，三電機的輸出力矩均衡，輸出功率平衡。升降機系統(tǒng)采用了相對較為完善的安全控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中使用了PLC 及變頻器，升降機下降時，系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)，回饋能量通過制動電阻消耗。
電氣系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)略圖如下：
電氣控制系統(tǒng)，主要由PLC、變頻器、傳動電動機、減速機、制動單元、制動電阻箱、操作手柄、交流輸入電抗器、編碼器、變壓器等設備組成，實現(xiàn)對升降機的起停控制、上下運行、快慢行走、開閘抱閘控制及各種保護的控制，從而實現(xiàn)升降機的高效、安全、穩(wěn)定運行。
在整個升降機的電氣控制系統(tǒng)中，變頻調(diào)速器是最為關(guān)鍵的控制設備，變頻器質(zhì)量與性能的好壞，將直接影響到升降機的使用。寶米勒起重機專用變頻器，能夠提供完備的抱閘、松閘邏輯控制、高低速切換控制、開環(huán)閉環(huán)切換控制、多電機并聯(lián)矢量控制、可調(diào)節(jié)的制動電壓控制、高頻弱磁運行控制等功能，從而實現(xiàn)對升降機的完美控制。
3、變頻器周邊連接圖內(nèi)容說明
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圖標符號 |
含義解釋 |
備注 |
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MC200G0450T4 |
起重機專用變頻器 |
功率：45kW |
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DBU-055G-4 |
制動單元 |
功率：55kW |
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ZR |
制動電阻箱 |
5 歐姆/50kW |
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S1~S5、HDI1 |
開關(guān)量輸入端子 |
輸入阻抗3.3k 歐姆 |
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K1 |
K1：上升（上行） |
開關(guān)，閉合有效 |
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K2 |
K2：下降（下行） |
開關(guān)，閉合有效 |
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K3 |
K3：外部故障輸入 |
開關(guān)，斷開有效 |
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K4 |
K4：故障復位 |
脈沖，上升沿有效，復位功能 |
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K5 |
K5：高速運行 |
開關(guān)，閉合有效 |
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K6 |
K6：低速運行 |
此處為開關(guān)端子，閉合有效 |
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COM |
公共端 |
+24V 的地 |
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RO1-RO2 繼電器 |
帶常開與常閉輸出功能 |
AC250V/3A |
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RO1A-RO1C故障報警 |
常開輸出 |
變頻器有故障時，吸合 |
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RO2A-RO2B 抱閘控制 |
常閉輸出 |
需要輸出抱閘控制時，打開 |
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L1 輸入交流電抗器 |
輸入交流電抗器 |
120A/0.13mH |
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PG Card |
PG 反饋測速卡 |
接收旋轉(zhuǎn)編碼器信號的轉(zhuǎn)換卡 |
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VCC+ |
PG 編碼器電源 |
12V~15V，輸出可調(diào)節(jié) |
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COM1 |
PG 編碼器電源地 |
VCC+的地 |
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PG |
旋轉(zhuǎn)編碼器（TONGHOW） |
1024 線/12V~30V 電源輸入 |
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R、S、T |
變頻器三相輸入端子 |
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U、V、W |
變頻器三相輸出端子 |
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X1、X2、X3 |
三相 380V 電源 |
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U1/U2/U3 |
三臺異步電動機的接線端子組合，并聯(lián) 連接在變頻器的輸出端上。 |
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V1/V2/V3 |
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W1/W2/W3 |
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4、變頻參數(shù)設定
依據(jù)外部端子的接線功能要求及控制要求，變頻器內(nèi)部參數(shù)設置如下：
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功能碼 |
功能含義 |
參數(shù)設置 |
功能描述 |
備注 |
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F0-01 |
速度控制模式 |
1/3 |
1：無PG 矢量控制（SVC） 3：有PG 矢量控制（VC） |
兩種控制模式，全部進行了調(diào)試。 |
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F0-02 |
速度指令選擇 |
4 |
多段速端子給定 |
采用兩段速控制 |
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F0-03 |
運行指令通道 |
1 |
端子指令通道 |
|
|
F0-02 |
速度指令選擇 |
4 |
多段速端子給定 |
采用兩段速控制 |
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F0-10 |
最大輸出頻率 |
60.00 |
最大頻率60Hz |
對應42m/min 的升降機運行速度 |
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FC-00 |
多段速分級給定1 |
28.0 |
最大頻率的28%（低速） |
運行頻率16.8Hz |
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FC-01 |
多段速分級給定2 |
100.0 |
最大頻率的100%（高速） |
運行頻率60Hz |
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F8-03 |
直線加速時間 |
6.0 |
6 秒加速時間 |
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F8-04 |
直線減速時間 |
2.0 |
2 秒減速時間 |
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F6-03 |
起動開始頻率 |
1.50 |
起動頻率為1.5HZ |
在無PG 矢量控制時使用，確保升降機起動瞬間不溜鉤 |
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F6-04 |
起動頻率保持時間 |
0.2 |
起動頻率的保持時間為 0.2秒 |
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電機參數(shù)組 |
||||
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F1-00 |
電機額定功率 |
33.0 |
為3 臺11kW 電機的功率總和 |
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F1-03 |
電機額定頻率 |
50.00 |
額定頻率為50Hz |
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F1-04 |
電機額定轉(zhuǎn)速 |
1395 |
額定轉(zhuǎn)速為1395RPM |
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F1-01 |
電機額定電壓 |
380 |
額定電壓為380V |
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F1-02 |
電機額定電流 |
70.5 |
額定電流為3 臺電機的電流總和 |
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F1-05 |
電機定子電阻 |
0.123 |
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通過參數(shù)自學習得到相關(guān)參數(shù) |
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F1-06 |
電機轉(zhuǎn)子電阻 |
0.249 |
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F1-07 |
電機定、轉(zhuǎn)子電感 |
23.4 |
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F1-08 |
電機定、轉(zhuǎn)子互感 |
22.8 |
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F1-09 |
電機空載電流 |
30.74 |
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輸入輸出端子組 |
||||
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F4-50 |
S1 端子功能選擇 |
1 |
正轉(zhuǎn)運行，升降機上行 |
|
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F4-51 |
S2 端子功能選擇 |
2 |
反轉(zhuǎn)運行，升降機下行 |
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F4-52 |
S3 端子功能選擇 |
8 |
外部故障輸入 |
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F4-53 |
S4 端子功能選擇 |
7 |
故障復位 |
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F4-54 |
S5 端子功能選擇 |
5 |
多段速端子1 |
X4 閉合為低速段 X3 和HDI1 閉合為高速段 |
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F4-55 |
HDI1 端子功能選擇 |
10 |
多段速端子2 |
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F5-02 |
RO1 輸出選擇 |
15 |
故障輸出 |
故障輸出時，抱閘輸出有效。 |
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F5-32 |
RO2 輸出選擇 |
7 |
抱閘輸出 |
|
|
抱閘控制邏輯 |
||||
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F5-33 |
抱閘、接觸器控制選擇（只適合端子指令通道） |
1 |
抱閘由變頻器控制，接觸器由外部控制器控制 |
|
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F5-34 |
抱閘合閘延時 |
0s |
該時間可以配合停機抱閘頻率來調(diào)整 |
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F5-35 |
抱閘松閘延時 |
0s |
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|
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F5-36 |
停機抱閘頻率 |
3Hz |
對于開環(huán)矢量控制，該頻率可以有效防止停機抱閘時溜鉤 |
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F5-37 |
停機延時時間 |
0.2s |
定義變頻器抱閘合閘信號輸出后。變頻器可以持續(xù)維持輸出轉(zhuǎn)矩的時間，用來消除停機時溜鉤問題。 |
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五、調(diào)試及現(xiàn)場測試波形
檢查接線正確無誤，試運行后一切正常后，需對電機進行參數(shù)自學習。 對于一拖多并聯(lián)矢量控制，電機參數(shù)輸入需要注意：
1、 一拖多系統(tǒng)中，電機組參數(shù)中，電機額定功率輸入是否為各臺電機之和；
2、 一拖多系統(tǒng)中，電機組參數(shù)中，電機額定電流輸入是否為各臺電機之和；
3、 輸入合理的自學習加減速時間。
4、 由于此系統(tǒng)采用主電路和控制電路一起供電方式，變頻器參數(shù)輸入后，進行邏輯時序驗證時，要注意現(xiàn)場情況，以防意外發(fā)生。
在現(xiàn)場對閉環(huán)矢量控制和開環(huán)矢量控制兩種控制方式進行了調(diào)試和功能驗證。合理設定變頻器松、抱閘邏輯時序相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)在啟動、停止無明顯溜鉤現(xiàn)象；高、低速運行，電機和變頻器運行正常，達到良好的控制效果。
下面附上在滿載實驗時現(xiàn)場記錄波形：
滿載運行測試（42m/min），運行中相關(guān)參數(shù)的動態(tài)捕捉及說明
上圖為升降機在42m/min 的上升與下降運行的過程狀態(tài)參數(shù)波形圖： 該波形圖同時監(jiān)控了運行頻率、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出電壓、母線電壓參數(shù)。從該圖中，能夠清晰反應在升降機的運行過程中，變頻器的運行狀況。升降機經(jīng)歷了上升啟動開閘、加速上升、平穩(wěn)上升、減速上升、上升停機報閘、停機、下降啟動開閘、加速下降、高速平穩(wěn)下降、低速平穩(wěn)下降、下降停機抱閘，停機的全過程。
六、變頻升降機的優(yōu)勢
施工升降機采用變頻調(diào)速后，使升降機實現(xiàn)平穩(wěn)操作，提高運行效率，消除起制動沖擊， 減少電氣維護，降低電能消耗，提高功率因素等。變頻調(diào)速方法具有的顯著特點如下：
1、 效率高，最高運行速度可打傳統(tǒng)升降機兩倍；
2、 無極調(diào)速有效解決結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的沖擊，延長齒輪、齒條、滾輪等機械結(jié)構(gòu)的使用壽命；
3、 變頻器的軟啟動功能，降低了電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊電流，緩解了用電設備間的相互影響。
4、 可選擇的加減速曲線，保證人乘坐的舒適感和減少載貨時的沖擊；可調(diào)節(jié)加減速時間和運行頻率，確保升降機的準確平層。降低對司機的要求。
5、采用變頻器減少了升降機的設備維護成本，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。
