一、引言

經(jīng)過(guò)這近十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，馬來(lái)西亞工業(yè)也取得了突破性的進(jìn)展，特別是在石油、鋼鐵、天然氣等能源行業(yè)更為顯著，此文所述為該國(guó)家鋼鐵行業(yè)的行車設(shè)備技術(shù)改造的其中一個(gè)例子。我廠建于1997年，行車一開(kāi)始采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，該繼電器-接觸器控制方式在實(shí)際運(yùn)行中存在很多問(wèn)題，主要是頻敏電阻器燒損、斷裂和接地故障時(shí)有發(fā)生，造成電動(dòng)機(jī)頻繁燒損，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，故障率高，維護(hù)困難，維護(hù)費(fèi)用高。因此，在很大程度上限制了產(chǎn)能的調(diào)高，為了更大的取得產(chǎn)品效益，節(jié)約成本，機(jī)械設(shè)備利舊，決定將目前的4臺(tái)行車控制系統(tǒng)進(jìn)行更換，采用現(xiàn)在流行的數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)。

二、控制系統(tǒng)介紹

QTD數(shù)字調(diào)壓調(diào)速系列產(chǎn)品適用于冶金、港機(jī)、建筑、化工、石油等行業(yè)，特別適用于重級(jí)工作制度和處于惡劣環(huán)境重起重機(jī)的電氣驅(qū)動(dòng)和控制。在原來(lái)模擬QTA多年成功應(yīng)用之后，利用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)和可控硅技術(shù)研制開(kāi)發(fā)出新一代起重機(jī)控制器-QTD控制裝置。

隨著數(shù)字電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字可控硅技術(shù)的應(yīng)用也相應(yīng)發(fā)生巨大變化，該系統(tǒng)是利用數(shù)字可控硅技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了適合起重機(jī)的電氣控制，特別是冶金生產(chǎn)環(huán)境下的起重機(jī)電氣控制產(chǎn)品。其產(chǎn)品主要有以下特點(diǎn)：

1） 具有高可靠性，表現(xiàn)在提高了生產(chǎn)率，減少了運(yùn)行成本，機(jī)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間，能適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境;

2） 高安全性，表現(xiàn)在開(kāi)閘先建立電機(jī)力矩，下降時(shí)，制動(dòng)和高速檔回低速檔時(shí)利用反接力矩防止溜鉤運(yùn)行過(guò)程中反饋線開(kāi)路，控制器停止工作，電源缺相、錯(cuò)相、相不平衡及電機(jī)過(guò)載和欠壓時(shí)，控制器處于保護(hù)狀態(tài)，電機(jī)停止工作。

3） 優(yōu)越的控制性能，表現(xiàn)在速度控制和載荷無(wú)關(guān)，平穩(wěn)的控制技術(shù)（整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)恒定速度調(diào)節(jié)，能減少減速箱和電機(jī)的沖擊、減少電流峰值，延長(zhǎng)電機(jī)壽命。并具有安全的制動(dòng)器控制，制動(dòng)時(shí)，建立力矩后再打開(kāi)制動(dòng)器，先電制動(dòng)，待減速后機(jī)械制動(dòng)，減少對(duì)制動(dòng)器的磨損，電機(jī)接近零速或緊急狀態(tài)下，制動(dòng)器才被利用。

三、工作原理

QTD控制器的晶閘管串接在電機(jī)定子回路，其轉(zhuǎn)子回路串接適當(dāng)?shù)碾娮杵鳎ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通角來(lái)改變定子電壓，由異步電動(dòng)機(jī)的電轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

由上式可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)各參數(shù)及電源頻率不變時(shí)，且當(dāng)轉(zhuǎn)差率S不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T與電動(dòng)機(jī)定子電壓 成正比。當(dāng)改變定子電壓時(shí)，可以得到一組人為的機(jī)械特性曲線。

因電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成比例，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)人工操作主令設(shè)定速度，速度反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向通過(guò)換向接觸器K1和K2實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)述：△V0=Vg-Vf ，當(dāng)△V0》0 時(shí)，PID的輸出 V0增加，晶閘管導(dǎo)通角增大，電機(jī)定子電壓升高，電機(jī)加速。當(dāng) △V00 ，電機(jī)在較高的電壓下起動(dòng)，隨著電機(jī)加速，轉(zhuǎn)子頻率下降，Vf 增加，逐漸接近Vg ，當(dāng) △V0=0時(shí)，電機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡;如速度給定改變，或負(fù)載改變打破了原有平衡，系統(tǒng)將根據(jù)上述原理自動(dòng)趨向新的平衡。

四、系統(tǒng)說(shuō)明

控制器工作前，安全檢測(cè)電路對(duì)三相電源進(jìn)行檢測(cè)，如出現(xiàn)錯(cuò)相、缺相、嚴(yán)重相壓不平衡、供電電壓過(guò)低或反饋線斷路等，控制器不工作。

控制器具有延時(shí)功能，防止操作人員快速點(diǎn)動(dòng)操作，保證平穩(wěn)的加速和減速，防止對(duì)電機(jī)和減速機(jī)的沖擊。在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上均設(shè)四檔速度，10%、20%、30%，當(dāng)選擇四檔100%速度時(shí)，電機(jī)沿斜坡曲線加速到全速。

對(duì)起升機(jī)構(gòu)，有兩個(gè)加速接觸器，分別在50%速度（25Hz），75%速度（12.5Hz）時(shí)接通，以平穩(wěn)加速到全速，加速過(guò)程中切換時(shí)的峰值電流限制在滿載電流的兩倍。當(dāng)電機(jī)超載時(shí)，加速接觸器立即釋放，防止電機(jī)嚴(yán)重超載。

起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行：當(dāng)主令控制器選擇起升某一擋位時(shí)，上升接觸器接通，電機(jī)得電，制動(dòng)器打開(kāi)，電機(jī)起動(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)子信號(hào)與控制器給定信號(hào)綜合，QTD控制器自動(dòng)進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)，在給定的速度下運(yùn)行，主令控制器從任何檔位回零時(shí)，制動(dòng)器先制動(dòng)，電機(jī)斷電，抱閘停車。

重載下降：當(dāng)主令控制器選擇下降某一擋位時(shí)，首先上升接觸器接通，電機(jī)產(chǎn)生上升力矩，制動(dòng)器打開(kāi)，電機(jī)起動(dòng)，在重力作用下重物下降，QTD控制器在閉環(huán)狀態(tài)下以給定的速度穩(wěn)定運(yùn)行。主令控制器選擇全速檔位時(shí)，下降接觸器接通，此時(shí)電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)全速下降，當(dāng)主令控制器從下降全速檔回到慢速檔時(shí)，經(jīng)100ms延時(shí)下降接觸器釋放上升接觸器接通，在反接力矩作用下，電機(jī)減速并進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)。

無(wú)論在任何運(yùn)行狀態(tài)下，一旦主令控制器回到零位，控制器以反接力矩進(jìn)行制動(dòng)，電機(jī)立即減速，達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)后，制動(dòng)器制動(dòng)，經(jīng)0.6s延時(shí)電機(jī)斷電停止運(yùn)行，如電制動(dòng)時(shí)間超過(guò)1S，不管電機(jī)是否達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)制動(dòng)器將進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)。

輕載下降：輕載下降與重載下降一樣，首先上升接觸器接通，給電機(jī)施加一定的反接力矩，如果負(fù)載太輕，電機(jī)不動(dòng)或下降速度極慢，系統(tǒng)判斷負(fù)載過(guò)輕，此時(shí)上升接觸器釋放，下降接觸器接通，此時(shí)電機(jī)將以再生發(fā)電狀態(tài)下降。當(dāng)實(shí)際速度超過(guò)給定速度值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載處于臨界狀態(tài)時(shí)，上升下降接觸器出現(xiàn)多次判斷，然后穩(wěn)定運(yùn)行。

平移： 當(dāng)起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，主令控制器給任何檔位，系統(tǒng)將在這一速度上穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)主令控制器回零位時(shí)，反接制動(dòng)工作，反接制動(dòng)時(shí)間由速度慣性決定。

五、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)半年的持續(xù)改造，本公司所有行車都順利改造為數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，本系統(tǒng)投入使用后設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，消除了舊系統(tǒng)維護(hù)量大、操作僵硬、控制精度不高等缺點(diǎn)，維護(hù)量大大降低，設(shè)備使用率明顯提高，改造后的系統(tǒng)基本不須維護(hù)，并且能適應(yīng)鋼鐵企業(yè)的惡劣環(huán)境，即使出現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題，也有相關(guān)的報(bào)警指示，并可迅速對(duì)相應(yīng)模塊進(jìn)行更換，不造成影響時(shí)間，同時(shí)公*慮到人員不足及不同國(guó)家員工的技能差異，采取了‘合二為一’的管理方式，即行車的操作和維護(hù)由同一個(gè)人承擔(dān)，即誰(shuí)操作誰(shuí)維護(hù)，只需開(kāi)始上崗前對(duì)員工進(jìn)行設(shè)備和操作方面的培訓(xùn)，即可勝任這項(xiàng)工作。通過(guò)近半年來(lái)的使用，深受海外工業(yè)人士的歡迎，已接待過(guò)2批工程管理人員到現(xiàn)場(chǎng)參觀行車，由于它的易維護(hù)性、成本造價(jià)低廉、操作靈活，有幾家企業(yè)的行車采用此系統(tǒng)，設(shè)備正在改造當(dāng)中。

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