摘要：本文介紹了數(shù)字化調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)在馬來西亞國家鋼鐵行業(yè)行車中的應(yīng)用,著重對數(shù)字調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、工作原理及系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的說明,并闡述了其實(shí)際應(yīng)用效果。

      關(guān)鍵詞：數(shù)字化   調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)   行車

      Abstract: This article describes the speed of the digital voltage control system for driving in Malaysia, the national steel industry in the application, focusing on the digital voltage speed control system, working principle and system application design were described in detail, and describes its practical application.
      Keywords: Digital   Voltage Control System   crane trolley

      一、引言
      經(jīng)過這近十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，馬來西亞工業(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)行過程中反饋線開路，控制器停止工作，電源缺相、錯(cuò)相、相不平衡及電機(jī)過載和欠壓時(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)，建立力矩后再打開制動(dòng)器，先電制動(dòng)，待減速后機(jī)械制動(dòng)，減少對制動(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?，通過調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通角來改變定子電壓，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)方向通過換向接觸器K1和K2實(shí)現(xiàn)，閉環(huán)控制如圖所示：

      簡述：△V₀=V_g-V_f  ,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) △V₀<0時(shí)，PID的輸出 V₀減小，晶閘管導(dǎo)通角減小，電機(jī)定子電壓降低，電機(jī)減速。當(dāng)△V₀=0 時(shí)，PID的輸出V₀ 保持不變，晶閘管導(dǎo)通角不變，電機(jī)定子電壓不變，電機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率高，V_f 低，△V₀>0 ，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，V_f 增加，逐漸接近V_g ，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)說明
      控制器工作前，安全檢測電路對三相電源進(jìn)行檢測，如出現(xiàn)錯(cuò)相、缺相、嚴(yán)重相壓不平衡、供電電壓過低或反饋線斷路等，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，電機(jī)起動(dòng)。通過轉(zhuǎn)子信號與控制器給定信號綜合，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，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
      經(jīng)過半年的持續(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)備問題，也有相關(guān)的報(bào)警指示，并可迅速對相應(yīng)模塊進(jìn)行更換，不造成影響時(shí)間，同時(shí)公司考慮到人員不足及不同國家員工的技能差異，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)，即誰操作誰維護(hù)，只需開始上崗前對員工進(jìn)行設(shè)備和操作方面的培訓(xùn)，即可勝任這項(xiàng)工作。通過近半年來的使用，深受海外工業(yè)人士的歡迎，已接待過2批工程管理人員到現(xiàn)場參觀行車，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。

      作者簡介：
      李德松  男   工學(xué)學(xué)士  濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)駐馬來西亞中板廠，工程師  主要從事軋鋼行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理。

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