ABB變頻器DTC控制在橋式起重機上的運用

曾進東

摘要 隨著生產工藝對物品吊運作業的要求越來越高，在冷軋車間配備的橋式起重機上，其傳動控制已普遍采用PLC+變頻器的組合，卷揚控制采用DTC控制。本文介紹了使用DTC控制的ABB變頻器在橋式起重機上的應用，并介紹了其控制、接線、參數及調試的特點。

關鍵詞 起重機;直接轉矩控制;調試

中圖分類號：TH215 文獻標識號：A

概述

在冷軋薄板生產車間，由于產品對吊運過程的磕碰十分敏感，而且機組上、下鋼卷對吊運定位準確要求非常嚴格。這就要求吊運鋼卷的橋式起重機的控制系統必須具備速度與轉矩控制精確、動態響應快的特點。在選用橋式起重機的控制系統時，綜合考慮了現在先進且成熟的控制系統：PWM矢量控制系統及DTC系統。經對比分析， 最終選定具有DTC控制功能的ABB公司的ACS800系列變頻器，并使用其最新控制軟件的ACC800提升機應用程序（+N652），以適應冷軋產品吊運的要求。

ACS系列變頻器在額定負載下可長期穩定運行的最小速度和最大速度之為1:10。該變頻器設有專用的抱閘編程控制功能，可以通過編程對制動邏輯進行設置，以保證抱閘的可靠動作。

控制特點

DTC的控制特點：

直接控制電機的轉矩和磁通，不需要使用PWM控制中的調制器來控制頻率和電壓。剔除了中間環節，提升了傳動改變轉矩的響應速度。使用DTC控制，轉矩響應時間在1ms～2ms，而帶編碼器的矢量控制和直流傳動響應時間在10～20ms。

低速下的精確轉矩控制。在沒有編碼器或測速機的情況下，可實現零速滿轉矩，即在頻率低于0.5Hz的情況下提供100%的轉矩。

DTC控制的電機靜態速度精度高。DTC系統的靜態速度精度在0.1%～0.3%之間，而其它使用頻率控制的PWM系統的靜態速度精度在1%～3%之間。DTC控制的傳動如果使用1024p/r的編碼器，速度精度可達0.01%。

DTC的開環動態速度精度在0.3%s～0.4%s之間，比其它的開環控制的交流系統（精度在3%s左右）高8倍。若加裝編碼器，DTC系統的動態速度精度可達0.1%s。

卷揚系統的控制

卷揚系統變頻器接線如圖1所示。為提高控制精度，我們為變頻器配置了1024p/r的編碼器作為電機速度反饋。變頻器電源通過總接觸器接入起重機電源回路。主令控制器、PLC、變頻器、抱閘間控制信號的傳送均通過中間繼電器：X22中k1s、k2s、k3s、k4s、k5s來自橋式起重機卷揚主令控制器；k7取自控制抱閘開啟的中間繼電器的附點。R02為抱閘開啟控制，R03為故障信號。R1s,R2s接制動電阻。

圖1卷揚系統變頻器接線圖

變頻器參數設定與調試：

根據電動機的銘牌上的各個參數值依次向變頻器內輸入電動機參數99.5（額定電壓）、99.6（額定電流）、99.7（額定頻率）、99.8（額定轉速）、99.9（額定功率）等。

當電動機各個參數輸入完成后變頻器會有警告標志出現，這表明電動機的參數已被設定，而ACS800 準備啟動電機辯識(ID 勵磁或ID Run)。此時需斷開電機與其驅動裝置的機械連接，并確保電機運行安全：將抱閘啟動（R02）斷開，并將參數BRAKE ACNK SEL（10.1） 選為“INTERNAL ACK”。按PAR 鍵轉入下一個參數Motor ID Run（99.10），即可作電機的辨識運行。

其他參數的設置

操縱變頻器上的CDP312R控制盤，依次對變頻器控制的以下參數進行輸入：

組10設定制動應答，電機正反向控制、轉速選擇等輸入的接線位號。此設定必須與實際接線一致。

組 50 設定脈沖編碼器的參數。只有當采用了一個脈沖編碼器模塊RTAC 或 NTAC (可選)，并且激活了參數98.01 ENCODER MODULE 的設置時，該參數組才可見，此時變頻器參數98.1應設為RTAC-SLOT1或RATC-SLOT2(根據實際模塊所插位置確定)，來激活脈沖編碼器。

組 66 設定轉矩驗證參數。轉矩驗證是包含在傳動控制中的一個功能模塊，它用于確認在松開抱閘和開始提升運行之前傳動能夠產生轉矩，抱閘沒有打滑。

然后輸入如下參數如表1。

表1變頻器參數設置

參數67.09，應選擇AUTO TQ MEM。以便系統記憶每次電機停機時的轉矩，在下次啟動時，按此給定啟動轉矩，以防溜鉤。

在停車過程中，變頻器在接收到確認信號BRAKE ACKN=“0”后，RUN命令在經過了BRAKE FALL TIME(參數67.01)的時間延時后復位為“0”，電機停止運行。由于機械抱閘的響應速度不同，需反復調整67.01的設定值，達到抱閘實際閉合與電機停止的最佳配合。

轉矩驗證設定。轉矩驗證功能在轉矩控制模式下無效。

故障調試

在起重機調試初期，經常出現各種故障，經分析，主要有：一、線路連接不實，致信號傳輸偶爾中斷；二、變頻器參數設置不合理，致特殊運行狀態下出現故障；三、設備不能滿足特定環境需求。

案例一：偶爾出現變頻器不能送電，經診斷為中間繼電器接線不實，致缺相保護信號未可靠送入PLC輸入模塊， PLC不能給出啟動準備信號。重新堅固接線，故障排除。

案例二： 啟動時變頻器報“OVER CURRENT”故障。經查，為電機繞組燒壞，電機修復后，故障排除。變頻器的這種自我保護功能可防止故障范圍擴大。

案例三：編碼器信號受干擾，多次出現TORQ FLT故障。經反復檢查接線及參數設定，均未發現異常。后在提升轉速改變時，發現反饋顯示不正確。經分析為編碼器內線路未采用增強屏蔽所致。編碼器返廠更改，解決了這一故障。

結束語 具有DTC控制的ABB變頻器能很好地完成起重機卷揚電機大速比、高啟動轉矩的精確控制，并且具有完備的故障診斷、系統保護功能。它能很好地滿足冷軋生產工藝的需求。

參考文獻

[1]周揚忠 胡育文 《交流電動機直接轉矩控制》，機械工業出版社

[2]鮑袖明 《ABB ACS800 變頻器在起重機平移機構中的應用》，中國高新技術企業，2012年第21期（總第228期）

[3]《ABB傳動技術指導1—直接轉矩控制》，北京ABB 電氣傳動系統有限公司