机构切换技术在起重机变频器传动系统上的应用

王艳超，李海宽，郭 华

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼钢部，河北 唐山 063200）

起重机作为一种重要的起重运输设备，目前被广泛应用于工业生产中，尤其是钢铁冶金企业的冶金铸造吊起重机。对于起重机起升、平移机构的控制。需要从控制精度、速度等方面综合考虑。对比于转子串电阻调速、定子调压调速、串级调速等传统调速方式，变频调速以优异的调速、启停、制动性能，高功率因数、高效率和高节能率的效果，愈加广泛的适用范围在现今工业应用中得到广泛认可。目前，越来越多的冶金起重机控制方式开始向变频调速转变，以程序控制替代继电器——接触器控制，进而实现起重机的半自动化或自动化控制[1]。

1 480T天车变频控制原理

首钢京唐公司炼钢部有10台480T冶金铸造吊起重机，主要从事炼钢厂内钢包、铁包的吊运、上料等作业。对于整体炼钢厂内的冶金物流起到了至关重要的作用。480T天车使用变频器进行电气传动，采用电压源型交－直－交的主回路结构。由2台1200KW西门子6SE70系列AFE整流装置和8台西门子6SE70逆变器驱动交流电机。1#AFE为1#主起升、1#主小车、副起升、1#大车共4台逆变器提供公共的DC总线；2#AFE为2#主起升、2#主小车、副小车、2#大车逆变器共4台逆变器提供公共的DC总线。

西门子6SE70变频调速器系列产品是西门子在低压领域推出的较为高档的变频调速产品，90年代初期推出后，历经30年发展，品种齐全，性能优良，其调速原理如下图1。

图1 变频器调速原理

当正常工作时，电能由三相电网流向电动机负载，将电动机拖动，此时电能由电网经过变频装置中的整流装置向直流母线上电容器充电。同时逆变器IGBT在CUVC的控制下进行触发。以矢量控制方式驱动电机运行。当在变频调速的减速过程中，负载的惯性作用会使得电动机进入发电状态，电动机的机械惯性势能转变为电能反馈给三相电网（如非AFE结构一般需要连接制动单元与制动电阻），此时电动机产生的电能经逆变器向中间环节的储能电容充电，使得中间环节上直流母线的电压升高，经整流器将能量馈入三相交流电网。综上所述，AFE结构变频器实现能量的双向流动。

2 机构间切换的电气原理及联锁保护

结合现场生产工序的需求，当单一逆变器出现故障时，不影响整体设备运行。因主起升、主小车、大车机构均为双逆变器，当单一逆变器出现问题后，可使用单机运行模式，即单一逆变器工作运行且速度减半的方式实现机构动作，但副起升、副小车逆变器仅由一台逆变器进行驱动，无法实现单逆变器运行。

现场实际使用机构间切换的方法来满足当副起升、副小车逆变器故障时，副起升、副小车机构仍能正常工作运行，其电气原理图如图2。

图2 机构间切换电气原理图

以副起升机构为例，当副起升逆变器INV41（315kw）出现故障时，将大车变频器打成2#大车逆变器INV52单机运行。将K4、K5开关断开，将K45开关闭合，从而实现1#大车逆变器INV51（315kw）拖动副起升电机运行，使得副起升机构能正常动作。同时需在1#大车逆变器上增加SBP增量式编码器板，控制柜内增加DTI数字版。SBP增量式编码器板的作用是将副起升电机脉冲编码器连接到1#大车逆变器上，由于此时1#大车逆变器CUVC电路板上的编码器信号端口已被大车电机编码器占用，故需增加SBP电路板。DTI数字电路板的作用是把由编码器输出信号整形成方波，然后传输给CUVC板，其次可将一个编码器信号分别传输给副起升与1#大车逆变器。

3 机构间切换的参数及程序设计

西门子6SE70系列变频器内存在电机参数组，电机参数可实现变频器同所连接的电机相匹配，也能匹配实现开环和闭环控制方式。电机参数组可有4个标号，参数组的每个参数标号下能存储一个参数值，所以能存储总共4套电机参数[2]。各个电机数据组在控制字2中的位18与19来选择(P578.B和P579.B)。现场P578.1=B662，P579.1=0。B662由U272进行选择控制，最终由K3003控制，K3003由程序给定。其功能图控制如图3。

图3 机构间切换原理参数功能图

大车/副起升切换通过判断主回路接触器的状态来进行，而不是通过切换开关的状态来判断的。在大车机构、主起升和副起升机构手柄零位的情况下，1#大车电机主接触器K2、副起升电机主接触器K1闭合、切换接触器KA1断开，这时M6.6为1，程序含义为选择副起升正常操作。如果1#大车电机主接触器K2断开、副起升电机主接触器K1断开，或切换接触器KA1闭合，这三种情况任意一种情况发生，则M6.6复位为0。程序如图4中左图所示。在大车机构、主起升和副起升机构手柄零位的情况下，1#大车电机主接触器K2、副起升电机主接触器K1断开，并且切换接触器KA1闭合，这时M8.0为1，程序含义为选择副起升紧急操作。如果1#大车电机主接触器K2闭合、副起升电机主接触器K1闭合，或者切换接触器KA1断开这三种情况任意一种情况发生，则M8.0复位为0。程序如图4中右图所示。

图4 机构间切换程序控制

当选择副起升紧急操作时，这时候如果选择1#大车单机（M8.4=1）或选择大车双电机运行（M9.0=1），则M1000.2（大车副起升切换故障）置1，使大车机构和副起升机构OFF2停机，程序如图5所示。

图5 机构间切换程序联锁保护控制

4 总结

铸造起重机的电气控制系统结构复杂，当单一机构出现故障时恢复时间较长。本文介绍了一种应用于大型铸造起重机上的机构运行的方法，当一个机构电气传动故障时，可短时间通过该方法实现机构运行，现场应用效果良好，能保证生产工序的连续性，避免因单一机构不能动作导致整条生产线的停产情况发生，同时这种应用模式可大范围推广到其他重点天车机构的切换上，具有极大地推广性。