ABB变频器DTC控制在桥式起重机上的运用

曾进东

摘要 随着生产工艺对物品吊运作业的要求越来越高，在冷轧车间配备的桥式起重机上，其传动控制已普遍采用PLC+变频器的组合，卷扬控制采用DTC控制。本文介绍了使用DTC控制的ABB变频器在桥式起重机上的应用，并介绍了其控制、接线、参数及调试的特点。

关键词 起重机;直接转矩控制;调试

中图分类号：TH215 文献标识号：A

概述

在冷轧薄板生产车间，由于产品对吊运过程的磕碰十分敏感，而且机组上、下钢卷对吊运定位准确要求非常严格。这就要求吊运钢卷的桥式起重机的控制系统必须具备速度与转矩控制精确、动态响应快的特点。在选用桥式起重机的控制系统时，综合考虑了现在先进且成熟的控制系统：PWM矢量控制系统及DTC系统。经对比分析， 最终选定具有DTC控制功能的ABB公司的ACS800系列变频器，并使用其最新控制软件的ACC800提升机应用程序（+N652），以适应冷轧产品吊运的要求。

ACS系列变频器在额定负载下可长期稳定运行的最小速度和最大速度之为1:10。该变频器设有专用的抱闸编程控制功能，可以通过编程对制动逻辑进行设置，以保证抱闸的可靠动作。

控制特点

DTC的控制特点：

直接控制电机的转矩和磁通，不需要使用PWM控制中的调制器来控制频率和电压。剔除了中间环节，提升了传动改变转矩的响应速度。使用DTC控制，转矩响应时间在1ms～2ms，而带编码器的矢量控制和直流传动响应时间在10～20ms。

低速下的精确转矩控制。在没有编码器或测速机的情况下，可实现零速满转矩，即在频率低于0.5Hz的情况下提供100%的转矩。

DTC控制的电机静态速度精度高。DTC系统的静态速度精度在0.1%～0.3%之间，而其它使用频率控制的PWM系统的静态速度精度在1%～3%之间。DTC控制的传动如果使用1024p/r的编码器，速度精度可达0.01%。

DTC的开环动态速度精度在0.3%s～0.4%s之间，比其它的开环控制的交流系统（精度在3%s左右）高8倍。若加装编码器，DTC系统的动态速度精度可达0.1%s。

卷扬系统的控制

卷扬系统变频器接线如图1所示。为提高控制精度，我们为变频器配置了1024p/r的編码器作为电机速度反馈。变频器电源通过总接触器接入起重机电源回路。主令控制器、PLC、变频器、抱闸间控制信号的传送均通过中间继电器：X22中k1s、k2s、k3s、k4s、k5s来自桥式起重机卷扬主令控制器；k7取自控制抱闸开启的中间继电器的附点。R02为抱闸开启控制，R03为故障信号。R1s,R2s接制动电阻。

图1卷扬系统变频器接线图

变频器参数设定与调试：

根据电动机的铭牌上的各个参数值依次向变频器内输入电动机参数99.5（额定电压）、99.6（额定电流）、99.7（额定频率）、99.8（额定转速）、99.9（额定功率）等。

当电动机各个参数输入完成后变频器会有警告标志出现，这表明电动机的参数已被设定，而ACS800 准备启动电机辩识(ID 励磁或ID Run)。此时需断开电机与其驱动装置的机械连接，并确保电机运行安全：将抱闸启动（R02）断开，并将参数BRAKE ACNK SEL（10.1） 选为“INTERNAL ACK”。按PAR 键转入下一个参数Motor ID Run（99.10），即可作电机的辨识运行。

其他参数的设置

操纵变频器上的CDP312R控制盘，依次对变频器控制的以下参数进行输入：

组10设定制动应答，电机正反向控制、转速选择等输入的接线位号。此设定必须与实际接线一致。

组 50 设定脉冲编码器的参数。只有当采用了一个脉冲编码器模块RTAC 或 NTAC (可选)，并且激活了参数98.01 ENCODER MODULE 的设置时，该参数组才可见，此时变频器参数98.1应设为RTAC-SLOT1或RATC-SLOT2(根据实际模块所插位置确定)，来激活脉冲编码器。

组 66 设定转矩验证参数。转矩验证是包含在传动控制中的一个功能模块，它用于确认在松开抱闸和开始提升运行之前传动能够产生转矩，抱闸没有打滑。

然后输入如下参数如表1。

表1变频器参数设置

参数67.09，应选择AUTO TQ MEM。以便系统记忆每次电机停机时的转矩，在下次启动时，按此给定启动转矩，以防溜钩。

在停车过程中，变频器在接收到确认信号BRAKE ACKN=“0”后，RUN命令在经过了BRAKE FALL TIME(参数67.01)的时间延时后复位为“0”，电机停止运行。由于机械抱闸的响应速度不同，需反复调整67.01的设定值，达到抱闸实际闭合与电机停止的最佳配合。

转矩验证设定。转矩验证功能在转矩控制模式下无效。

故障调试

在起重机调试初期，经常出现各种故障，经分析，主要有：一、线路连接不实，致信号传输偶尔中断；二、变频器参数设置不合理，致特殊运行状态下出现故障；三、设备不能满足特定环境需求。

案例一：偶尔出现变频器不能送电，经诊断为中间继电器接线不实，致缺相保护信号未可靠送入PLC输入模块， PLC不能给出启动准备信号。重新坚固接线，故障排除。

案例二： 启动时变频器报“OVER CURRENT”故障。经查，为电机绕组烧坏，电机修复后，故障排除。变频器的这种自我保护功能可防止故障范围扩大。

案例三：编码器信号受干扰，多次出现TORQ FLT故障。经反复检查接线及参数设定，均未发现异常。后在提升转速改变时，发现反馈显示不正确。经分析为编码器内线路未采用增强屏蔽所致。编码器返厂更改，解决了这一故障。

结束语 具有DTC控制的ABB变频器能很好地完成起重机卷扬电机大速比、高启动转矩的精确控制，并且具有完备的故障诊断、系统保护功能。它能很好地满足冷轧生产工艺的需求。

参考文献

[1]周扬忠 胡育文 《交流电动机直接转矩控制》，机械工业出版社

[2]鲍袖明 《ABB ACS800 变频器在起重机平移机构中的应用》，中国高新技术企业，2012年第21期（总第228期）

[3]《ABB传动技术指导1—直接转矩控制》，北京ABB 电气传动系统有限公司