一、 前言
行車是工業(yè)現(xiàn)場常用裝備，用來實(shí)現(xiàn)貨物在三維空間中的轉(zhuǎn)運(yùn)。其中水平面兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)分別由大、小車完成，稱為行走系統(tǒng)；垂直方向的運(yùn)動(dòng)則由起升機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。大多數(shù)的行車通過釣鉤與被運(yùn)物體相連，當(dāng)被運(yùn)物體為粉狀時(shí)，則需要通過抓料斗，這就是抓斗行車。該類行車在提升部分一般均配置兩臺(tái)電機(jī)，專門負(fù)責(zé)升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)稱為主卷電機(jī)，另一臺(tái)稱為閉合電機(jī)，除了負(fù)責(zé)抓斗的打開和閉合（丟料和抓料）外，還將配合主卷電機(jī)一起出力進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。
重鋼燒結(jié)廠現(xiàn)有抓斗行車均為串級(jí)調(diào)速加繼電器/接觸器控制方式，故障率高，維護(hù)費(fèi)用及時(shí)間均很大，給生產(chǎn)造成不良影響，為此需對(duì)其技術(shù)改造，而采用變頻調(diào)速技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵，現(xiàn)以其3#行車技術(shù)改造為例介紹有關(guān)情況。
二、 電氣系統(tǒng)配置


提升/抓斗部分系統(tǒng)改造原理圖
? 行車系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)
載重量（含抓斗自重）：20噸 起升高度：25.6米 跨度：31.5米
大車電機(jī)： 2* 15KW 小車電機(jī)：7.5KW
主卷電機(jī):： 90KW 閉合電機(jī)：90KW
? 行走系統(tǒng)改造配置
大、小車分別選用EMERSON 公司EV2000-4T0300G和EV2000-4T0011G各一臺(tái)，分別配置15kw、30kw制動(dòng)組件各一套，以消耗停車時(shí)返回變頻器的能量。由于較為簡單，本文不詳細(xì)描述。
? 主卷/閉合變頻器
對(duì)于提升所需變頻器，必須選用高性能矢量控制變頻器，這里選用了艾默生TD3000-4T1320G兩臺(tái)，分別控制主卷電機(jī)和閉合電機(jī)，考慮到系統(tǒng)的長期使用以及可能出現(xiàn)的超載情況，在變頻器選型方面我們相對(duì)電機(jī)功率放大2檔。由于抓斗上升和下降是由主卷電機(jī)和閉合電機(jī)共同出力完成，而且在抓料操作時(shí)，為了盡可能多抓料，必須使用“點(diǎn)動(dòng)降”使主卷鋼繩保持松弛，因此，當(dāng)抓料完成時(shí)，主卷鋼繩是松弛的。若兩臺(tái)變頻器都為速度控制方式，則不能解決主卷鋼繩和閉合鋼繩的受力平衡問題，容易導(dǎo)致閉合電機(jī)、閉合變頻器、閉合鋼繩過載，因此要解決好上述問題，主卷變頻器必須支持速度/轉(zhuǎn)矩控制在線切換功能，而且閉合電機(jī)用變頻器必須有轉(zhuǎn)矩輸出功能，兩者通過邏輯有效配合方可完成。
? 速度反饋（編碼器）
為了更好的實(shí)現(xiàn)空中起車和轉(zhuǎn)矩控制功能，本次改造選用配套編碼器，型號(hào)為E80H型，線數(shù)512P/R，編碼器與電機(jī)軸的連接采用軸套式安裝，這種配置可以充分利用TD3000 變頻器 0速200%的力矩以及內(nèi)置的零伺服功能，確保消除啟/停時(shí)的“溜鉤”現(xiàn)象
? 制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻
抓斗下降過程中，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，再生能量將導(dǎo)致變頻器的直流母線電壓上升到危險(xiǎn)電壓，因此制動(dòng)組件是必須選配的。經(jīng)驗(yàn)表明，制動(dòng)組件配置容量應(yīng)該相對(duì)于變頻器容量適當(dāng)放大，具體情況與行車起升高度、制動(dòng)單元的zui大制動(dòng)使用率、電機(jī)和變頻器的配置余量以及制動(dòng)電阻散熱條件等環(huán)境因素有關(guān)。由于抓斗下降是可能持續(xù)較長時(shí)間的過程，我們選用的TD3000配套制動(dòng)組件，該制動(dòng)組件具備*ED的制動(dòng)能力，
? PLC
本系統(tǒng)中選用了PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制，主要功能如下：
1. 變頻器啟/?？刂?；
2. 控制抱閘，保證電機(jī)軸停止時(shí)抱閘才抱住，既不提前，也不延后；
3. 主卷變頻器控制方式切換（速度控制/力矩控制）。
4. 系統(tǒng)安全連鎖功能
a） 行車上各個(gè)進(jìn)出口的門以及操作室的門在打開狀態(tài)下，禁止操作。
b） 大、小車軌道兩端設(shè)限位開關(guān)限制車體超越。
c） 沖頂限位。
d） 各操作手柄未處于零位置時(shí)，上電被禁止。
e） 主卷和閉合變頻器中任意一臺(tái)變頻器報(bào)故障時(shí)，兩臺(tái)變頻器均立即停止輸出（自由停車），同時(shí)抱閘合閘。
f） 任何時(shí)刻斷電，系統(tǒng)將立即停止，抱閘合閘。PLC故障時(shí)，各操作命令無效（PLC無輸出），這時(shí)，抱閘閉合，行車處于安全停止?fàn)顟B(tài)。但不排除PLC誤輸出松閘信號(hào)，雖然這種概率極小，一旦出現(xiàn)這種情況，司機(jī)可按“急停”按鈕，切斷控制電源，使抱閘閉合。
系統(tǒng)原理圖見圖一。
三、 參數(shù)設(shè)置
主卷和閉合用變頻器參數(shù)如下：
3#抓斗行車變頻器主要參數(shù)表
主卷  閉合
參數(shù)號(hào) 設(shè)定值 說明  參數(shù)號(hào) 設(shè)定值 說明
F0.02 1 閉環(huán)矢量  F0.02 1 閉環(huán)矢量
F0.04 40 運(yùn)行頻率  F0.04 40 運(yùn)行頻率
F0.05 1 端子控制  F0.05 1 端子控制
F0.08 42.5 上限頻率  F0.08 42.5 上限頻率
F0.10 2 加速時(shí)間（秒）  F0.10 2 加速時(shí)間（秒）
F0.11 2.5 減速時(shí)間（秒）  F0.11 2.5 減速時(shí)間（秒）
F1.01 90 額定功率（KW）  F1.01 90 額定功率（KW）
F1.02 380 額定電壓（V）  F1.02 380 額定電壓（V）
F1.03 183 額定電流（A）  F1.03 183 額定電流（A）
F1.05 585 額定轉(zhuǎn)速（RPM）  F1.05 585 額定轉(zhuǎn)速（RPM）
F1.11 0.048 定子電阻（Ω）  F1.11 0.047 定子電阻（Ω）
F1.12 7.6 定子電感（MH）  F1.12 7.9 定子電感（MH）
F1.13 0.029 轉(zhuǎn)子電阻（Ω）  F1.13 0.032 轉(zhuǎn)子電阻（Ω）
F1.14 7.6 轉(zhuǎn)子電感（MH）  F1.14 7.9 轉(zhuǎn)子電感（MH）
F1.15 7.3 互感（MH）  F1.15 7.5 互感（MH）
F1.16 90.7 空載電流（A）  F1.16 88.2 空載電流（A）
F3.00 1.5 P1  F3.00 1.5 P1
F3.01 1.5 I1  F3.01 1 I1
F3.02 2.5 P2  F3.02 2.5 P2
F3.03 0.5 I2  F3.03 0.5 I2
F3.07 160 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限定  F3.07 160 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限定
F3.08 160 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限定  F3.08 160 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限定
F5.05 32 X5速度/轉(zhuǎn)矩控制切換  F5.11 5 PA/PC速度高于信號(hào)
F5.11 5 PA/PC速度高于信號(hào)  F5.15 14 FDT電平
F5.15 12 FDT電平  F6.08 4 AO1輸出轉(zhuǎn)矩指令電流
F6.03 0.012 模入濾波時(shí)間（S）  F6.10 -90 AO1零偏
FA.03 1 風(fēng)機(jī)一直運(yùn)行  F6.11 1.8 AO1增益
FB.00 512 編碼器線數(shù)  FA.03 1 風(fēng)機(jī)一直運(yùn)行
FB.04 5 零速檢測值（RPM）  FB.00 512 編碼器線數(shù)
FD.00 9 僅顯示運(yùn)行頻率和電流  FB.04 5 零速檢測值（RPM）
    FD.00 9 僅顯示運(yùn)行頻率和電流
為保證提升的平穩(wěn)性，合理選擇加減速方式是非常必要的，實(shí)踐證明選用S曲線啟停方式非常適合提升，即：電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)以極低速度運(yùn)行一段時(shí)間，其間加速度也較小，然后再以與加速時(shí)間相對(duì)應(yīng)的加速度將電機(jī)速度提高，接近設(shè)定速度時(shí)再以較小加速度運(yùn)行至設(shè)定值。減速過程與加速過程類似。這種方式可有效地減小電機(jī)啟/停時(shí)的沖擊電流。
四、 總結(jié)
抓斗行車變頻改造后，很好地解決了主/閉鋼絲繩受力平衡問題，軟啟軟停方式大大降低了起制動(dòng)時(shí)的沖擊電流，再加上變頻器本身具有完善靈敏保護(hù)功能，極大地提高了行車運(yùn)行的可靠性，延長了系統(tǒng)的使用壽命。以下為改造后的有關(guān)數(shù)據(jù)：（以一年前改造的三臺(tái)行車為例）
? 鋼絲繩消耗僅為改造前的20%；
? 電機(jī)從未燒壞，改造前為平均1臺(tái)/月；
? 其它低壓電器及機(jī)械設(shè)備的壽命也得大大提高；
? 總維護(hù)成本為改造前的10~15%；
? 實(shí)際運(yùn)行中，主卷和閉合電機(jī)二者的運(yùn)行電流相差僅3A左右，出力均衡度*，證明TD3000確實(shí)是高性能矢量控制型變頻器
以下是新老系統(tǒng)的各項(xiàng)對(duì)比：
抓斗行車新老系統(tǒng)對(duì)比
項(xiàng)目 老系統(tǒng) 新系統(tǒng)
主要控制手段 串級(jí)調(diào)速，繼電器-接觸器硬件邏輯 變頻調(diào)速，PLC軟件邏輯
調(diào)速性能 有級(jí)，且調(diào)速范圍小 無級(jí)
速度控制 開環(huán)，精度低 閉環(huán)，精度高
zui低運(yùn)行頻率 較高頻率 可到0Hz
起/制動(dòng)沖擊電流 直接投高速檔時(shí)，7Ie 2Ie
鋼繩受力平衡功能 無 有，且精度非常高
控制元件可靠性 繼電器-接觸器，低 PLC，高
控制元件壽命 繼電器-接觸器，低 PLC，高
故障率 高 低
維護(hù)技術(shù)要求 高 低
維護(hù)成本 高 低
綜合產(chǎn)能 低 高