探析安川H1000变频器在塔机起升机构中的改进和应用

姚钦然

【摘要】本文阐述了塔机起升机构采用变频器调控技术取代传统的变阻分级调速实现无级变速调速，举例介绍选用日本安川H1000系列变频器的C6018型号塔机的控制系统工作原理和变频器在塔机中的应用情况，从而实现了塔机的自动化控制。

【关键词】塔机;起升机构; 变频技术;变频器

一、引言

随着我国经济的快速发展，塔机的应用日益普遍，需求量快速增长。随着现代科技的迅猛发展，变频调控技术在塔机的起升系统中正得到越来越多的应用，采用变频调控技术取代传统的起升控制箱变阻分级调速，实现塔机无级调速，提高了控制精度和系统的可靠性，进而实现了塔式起重机的自动化控制。现在变频技术的不断发展，它以绝对的优势超越了其他的任何调速方案，其优点不胜枚举，如：零速抱闸，对制动器无磨损;任意低的就位速度，可用于精确吊装;速度的平滑过渡，对机构和结构件无冲击，提高了塔机的运行安全性;极低的起动电流，减轻了用户电网扩容的负担;几乎任意宽的调速范围，提高了塔机的工作效率;节能的调速方式，减少了系统运行能耗。本文结合实际，谈谈在实际工作中变频器在塔式起重机起升机构的改进与应用。

二、塔机中变频器的应用概况以及优点

塔式起重机在起升机构中应用变频技术以日本安川变频器为主，主要应用于中大塔机。在实际中应用变频器控制塔机起升机构变速调速有以下的优点：

首先是塔机控制系统成本低，塔机起升机构一般采用开环或闭环控制的系统，采用传统控制箱控制起升机构的塔机一般采用开环控制方式，且控制箱内电路网络结构复杂，连接线繁多，如有故障，维修的难度较大，成本较高，且造成较多的停工时间会对施工现场作业造成延误。如果要构成闭环系统，又要增加PG（编码器）、检测回路和连接线。这些环节加大了安装的复杂性;增加了系统成本。 采用使用PLC可编程控制器和变频器来控制塔机的起升机构，自身就为闭环系统，不需要增加其他附件，大大降低控制系统的制造成本，且维护方便，出现故障易于排除。

其次是速度调节灵活，绝大多数的变频器都有多种速度输入方式。由于起重机采用联动控制台控制，所以采用开关量作为速度控制矢量，为做到系统的结构简洁，我们采用PLC与变频器通信接口传送速度与控制指令，这样，控制柜内的连接线最少，同时又能实现塔机起升机构的无级调速，起升机构的调速控制较为灵活简单，同时实现起升机构变速平稳，大大降低吊装时重物的加速冲击载荷。

三、变频器的工作原理

本公司在施工现场采用的四川建设机械（集团）股份有限公司所生产的C6018塔式起重机，最大安装臂长为60m，臂尾最大吊装重量为1.8t，塔机的起升控制系统采用日本安川变频器 H1000重载高性能变频器，现以该变频器为例介绍变频器在塔机中的应用原理及控制方式和过程，并阐述变频器的工作情况。

3.1简介

一台专用变频电机输出轴与圆锥齿轮减速器连接，电机另一侧轴伸装有旋转编码器，并用专用屏蔽电缆与变频器相连。圆锥齿轮减速器输出轴带动卷筒转动。电机由联动台手柄，电控箱提供频率可控的电源，经减速器传递，连接卷筒旋转。变频器还与外部电阻箱相连，当电机在上升减速或下降工作状态时，将再生发电的能量通过电阻箱内的电阻消耗掉。使起升机构的运动速度保持在一个控制点上。

起升机构的工作速度调控，采用电机转速受电源频率变化而改变的原理。控制变频器的输出频率，则可以改变电机的转速，从而实现对起升机构的工作速度控制。当给起升机构停止指令时，经过减速过程，起升制动器失电，靠弹簧力制动。起升限位器防止可能出现的操纵失误。

3.2 起动和停止的控制模式及时序

3.2.1 起动和停止的控制模式

起动和停止时，为确保符合负载的转矩状态下进行抱闸开闭，变频器根据内部频率指令、电机电流、转矩指令大小，输出抱闸打开指令。抱闸指令为闭时，抱闸打开;抱闸指令为开时，抱闸闭合。控制模式分为以下几种：

3.2.2起动时的时序

起动时为防止负载滑落，确认已经产生保持负载所必要的转矩后，再打开抱闸。

动作说明：

（1）输入运行指令（正转指令、反转指令的任何一个为闭）时，在抱闸闭合状态下，变频器加速到抱闸延迟频率（BF）。此时转矩补偿（带PG 矢量控制）、轉矩强制量（无PG 矢量控制）按照设定值被输入。

（2）变频器在确认下面的3 个条件都成立后，抱闸打开指令（BR）闭合。抱闸打开指令（BR）闭合后，由外部回路进行的抱闸打开确认（BX）也闭合。抱闸打开指令闭合的条件：

·输出频率（软启动输出）≥抱闸打开频率FRF （FRR）

·变频器输出电流>抱闸释放电流IF （IR）

·变频器转矩指令≥抱闸释放转矩TF （TR）（仅限于矢量控制式）

（3）按抱闸延迟频率（BF），运行了抱闸延迟时间（BT）（加速停止）后，加速至外部端子A1 设定的频率。若抱闸延迟时间（BT）为0 时，则不按抱闸延迟频率（BF）加速停止。

3.2.3停止时的时序

停止时为防止负载滑落，在抱闸完全闭合前，都要有保持负载所必须的转矩。

动作说明：

（1） 输入停止指令（正转指令，反转指令同时为开）时，按照停止方法的设定，变频器按设定的减速时间，减速至防止滑落频率（HF）。但在带PG 矢量控制模式下，减速到0 速为止。

（2）输出频率（软启动输出）在抱闸闭合频率（FHF，反转时是FHR）以下时，抱闸打开指令（BR）为开，由外部回路进行的抱闸打开确认（BX）也为开。

（3）按滑落频率（HF），运行防止滑落时间（HT）（减速停止）后停止。但在带PG 矢量控制模式下，按0 速度，停止时间（ST）进行速度控制。

3.3控制方式

使用PLC可编程控制器和变频器。针对起升机构不同的工作状况设计程序，应用专用的编程软件将程序写入PLC中。

3.4 控制过程

控制

过程

说明

启动电源，按下I按钮

“A”控制箱，P接触器吸合，塔机得到工作电源。

紧急按钮“O”触点处于常态

按下IR按钮

图中开关触点处于常态。OCB（20.21）得电吸合，LQ得电，变频LFAS接入电网。变频器投入运行。

起升XLH

向起升或下降方向操纵操纵杆，给出起升或下降运行指令。当变频器运行时，满足制动器松开条件，内部触点

（M1，M2）闭合。PLC确认后，LFa吸合，制动松开，加速运行至给定频率指令上。

下降XLD

0～50Hz

改变操纵杆对于零位的向后或向前的偏移角，即可获得0～50Hz的无级调速

轻载增速功能：

当吊载重量低于额载时，本机构设置了三段轻载时的超速。当操纵杆处于纵轴两端向右运行，即可实现三段超速控制。

三段超速对应的重量及频率分别为：

档位

S401X（超速一档）

S402X（超速二档）

S403X（超速三档）

重量

a=2

3.25t

1.75t

0.75t

a=4

6.5t

3.5t

1.5t

频率

75Hz

100Hz

120Hz

3.5 变频器工作情况

在PLC程序控制中，把AUL断开时，制动单元过热保护LBU

触点闭合（带制动单元），联动台起升紧急停止按钮OLF触点断开，变频器内部故障闭合时，LQ接触器断开，制动器抱闸，变频器失电。在这种情况下应检查AUL或防雷器，制动单元是否损坏，联动台起

升紧急停止按钮OLF是否断开，变频器是否有故障。在确保无故障

的情况下，让手柄归零，再重新按复位IR按钮，LQ接触器吸合，使

变频器得电，在规定的载荷及速度和高度范围内运行。使上升终端限位SLH、超过额定载荷时SLChPv、力矩限位SLMo触点断开，手柄向上操作失效，只能向下操作，操作人员严格按重量载荷表进行操

作。 需变绳操作时，在空钩时当撞到起升终端限位SLH后，这时按下变绳按钮Sh不放，使起升在低频速度上升，从而实现變绳。

四、 结语

施工现场的实际运行证明，固定塔式起重机采用变频控制方案，具有简单，可靠，平稳，高效，节能，保护功能齐全（过电流、过电压、欠压、接地、过热、短路），是自动化控制的理想选择。完美的替代的原有的传统控制模式，具有普遍的推广价值。

参考文献：

1. 《C6018塔式起重机使用说明书》

2. 《安川变频器 H1000变频器说明书》