宝米勒变频器在施工升降机中的应用
bmller 2021-04-02
一、 引言
施工升降机是现代高层施工中必不可少的重要的垂直运输设备。特别是在高层、超高层建筑施工中担任了极其重要的任务，对于保证施工工期与安全，降低施工成本，减轻劳动强度起着不可替代的作用。本文介绍宝米勒起重专用变频器在人货两用施工升降机上的应用、调试和现场功能测试验证。
二、 施工升降机介绍
升降机作为一般高层建筑输送人员及散碎材料的垂直运输设备已被广泛应用，普通施工升降机由于控制方式和设计等原因，存在以下几个问题：
1、 采用接触器控制，运行速度单一，一般速度为34－38m／min，运行速度低，影响施工速度和施工企业效益，对高层建筑此问题表现突出。如单纯提高速度将造成加速度过大，结构和机构所受冲击过大而加快齿轮齿条及制动盘的磨损，降低运行可靠性和增加维护成本。
2、 启动冲击大，对结构和机构损坏较严重。
3、 普通施工升降机采用机械抱闸强制制动，升降机从高速突然降到零速，由于惯性作用， 强制抱闸对结构和机构冲击大，载人舒适度差，载货料冲击大。
4、 一般采用直接启动或者星三角降压启动，启动电流大，对电网冲击大，影响其他设备的正常运行。
5、 负载变化造成停位不准确，对司机经验要求较高。
普通施工升降机减速到平层时无爬行过程，由运行速度直接向零速减速，升降机的平层是靠司机目测手动控制实现，效率低，经常要上、下点动几次才能准确平层。
三、宝米勒起重专用变频器介绍
宝米勒起重机专用矢量变频器，采用先进的控制理论，具有优异的力矩控制性能，专业针对起重配套行业设计，可靠的抱闸控制、轻负载升速、快速停车、超速保护、预励磁、起动预转矩补偿、松绳检测、起重机操作模式、主从控制等特点，保证起重行业使用的安全性、可靠性和高效性；面向起重行业高、中端用户需求，有平移机构变频、全变频、能耗制动、回馈制动等多种成熟应用方案供用户选择；广泛适用于各种起重机械的起升、俯仰、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。
主要技术特点如下：
u 1、抱闸逻辑控制与监控功能——安全、可靠
l 准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。
u2、轻负载升速功能——高效
l 起重机空钩或轻载时实现2 倍速运行，提高装卸效率。
u3、起重机操作模式——方便、灵活
l 有操纵杆模式、遥控模式、电动电位器模式、分级式操纵杆给定模式、分级式遥控给定模式、通讯给定模式等，方便起重机不同的应用场合。
u4、主从控制速度同步技术——高端运用
l 在双起升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保安全。
5、主从控制功率平衡技术——高端运用
在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主机采用速度控制， 从机采用力矩控制，实现功率平衡，保证两个电机出力均匀。
6、第二电机控制及切换功能 —— 经济
一台变频器通过参数自学习可以自动存储两四套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制；便于电气传动系统的控制，提高用户竞争力。
7、松绳检测功能——安全、可靠
防止在起重机绳索松弛的情况下，轻负载升速功能误动作引发的不安全运行。
8、专业的网络通讯功能——灵活
支持PROFIBUS-DP、以太网和MODBUS 通讯方式
能实现多个变频器和PLC 之间的通讯连接
实现变频器与PC 之间通信和数据传输，方便监控和参数设定。
9、控制回路电源和主回路电源可以分别控制——安全
提高了用户调试时的安全性
便于故障诊断与维护
10、危险速度监视、快速停车及超速保护——安全
有速度监视和转矩监控；
支持3 种快速停车模式：电气制动的停车、电气制动加机械制动的停车、机械制动的停
11、预励磁及起动预转矩补偿——安全、可靠
预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过设定起动预转矩补偿值和调节励磁的时间，使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。
12、电流矢量控制技术，零速时实现200％转矩输出，对各类起重机、提升机等场合应付自如。
快速的转矩响应避免提升负载时的溜钩现象
13、多电机并联矢量控制，满足变频升降机控制需要。
四、宝米勒变频器在施工升降机上的应用
1、设备相关参数介绍
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设备参数 |
设备名称 |
变频调速建筑升降机，单笼无对重 |
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额定载重量（T） |
载重量2T，自重3T |
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提升速度（m/min） |
0~40m/min 可调 |
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电机、减速箱参数 |
电机型号 |
客户自有品牌 |
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额定功率(kW) |
33kW，3 台11kW 电机，采用硬链接，同轴输出 |
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额定电流(A) |
70.5A，单台电机电流23.5A，3 台70.5A |
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额定电压(V) |
380V |
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额定转速(RPM) |
1395 |
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额定频率(Hz) |
50 |
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电气系统参数 |
PLC |
ABB |
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变频器 |
MC200G0450T4 |
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制动单元 |
DBU-055-4 |
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输入电抗器 |
120A/0.13mH |
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旋转编码器 |
1024 线、10V~30V 电源（轴套式） |
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制动电阻 |
阻值：5 欧姆；功率：50kW |
2、系统原理分析
机械系统
此系统所用升降机，为单笼无对重式建筑专用人货升降机，工作高度为0~200m，设计提升极限速度为40m/min，整个系统采用安装在支架上的齿条传动，沿固定轨道进行运动，齿条可随意装载与拆除，从而实现任意调整升降机的工作高度。系统的动力来源为三个并联连接的电机同时提供动力，三电机的输出力矩均衡，输出功率平衡。升降机系统采用了相对较为完善的安全控制系统，系统中使用了PLC 及变频器，升降机下降时，系统处于发电状态，回馈能量通过制动电阻消耗。
电气系统
电气控制系统略图如下：
电气控制系统，主要由PLC、变频器、传动电动机、减速机、制动单元、制动电阻箱、操作手柄、交流输入电抗器、编码器、变压器等设备组成，实现对升降机的起停控制、上下运行、快慢行走、开闸抱闸控制及各种保护的控制，从而实现升降机的高效、安全、稳定运行。
在整个升降机的电气控制系统中，变频调速器是最为关键的控制设备，变频器质量与性能的好坏，将直接影响到升降机的使用。宝米勒起重机专用变频器，能够提供完备的抱闸、松闸逻辑控制、高低速切换控制、开环闭环切换控制、多电机并联矢量控制、可调节的制动电压控制、高频弱磁运行控制等功能，从而实现对升降机的完美控制。
3、变频器周边连接图内容说明
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图标符号 |
含义解释 |
备注 |
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MC200G0450T4 |
起重机专用变频器 |
功率：45kW |
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DBU-055G-4 |
制动单元 |
功率：55kW |
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ZR |
制动电阻箱 |
5 欧姆/50kW |
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S1~S5、HDI1 |
开关量输入端子 |
输入阻抗3.3k 欧姆 |
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K1 |
K1：上升（上行） |
开关，闭合有效 |
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K2 |
K2：下降（下行） |
开关，闭合有效 |
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K3 |
K3：外部故障输入 |
开关，断开有效 |
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K4 |
K4：故障复位 |
脉冲，上升沿有效，复位功能 |
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K5 |
K5：高速运行 |
开关，闭合有效 |
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K6 |
K6：低速运行 |
此处为开关端子，闭合有效 |
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COM |
公共端 |
+24V 的地 |
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RO1-RO2 继电器 |
带常开与常闭输出功能 |
AC250V/3A |
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RO1A-RO1C故障报警 |
常开输出 |
变频器有故障时，吸合 |
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RO2A-RO2B 抱闸控制 |
常闭输出 |
需要输出抱闸控制时，打开 |
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L1 输入交流电抗器 |
输入交流电抗器 |
120A/0.13mH |
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PG Card |
PG 反馈测速卡 |
接收旋转编码器信号的转换卡 |
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VCC+ |
PG 编码器电源 |
12V~15V，输出可调节 |
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COM1 |
PG 编码器电源地 |
VCC+的地 |
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PG |
旋转编码器（TONGHOW） |
1024 线/12V~30V 电源输入 |
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R、S、T |
变频器三相输入端子 |
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U、V、W |
变频器三相输出端子 |
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X1、X2、X3 |
三相 380V 电源 |
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U1/U2/U3 |
三台异步电动机的接线端子组合，并联 连接在变频器的输出端上。 |
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|
V1/V2/V3 |
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|
W1/W2/W3 |
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4、变频参数设定
依据外部端子的接线功能要求及控制要求，变频器内部参数设置如下：
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功能码 |
功能含义 |
参数设置 |
功能描述 |
备注 |
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F0-01 |
速度控制模式 |
1/3 |
1：无PG 矢量控制（SVC） 3：有PG 矢量控制（VC） |
两种控制模式，全部进行了调试。 |
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F0-02 |
速度指令选择 |
4 |
多段速端子给定 |
采用两段速控制 |
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F0-03 |
运行指令通道 |
1 |
端子指令通道 |
|
|
F0-02 |
速度指令选择 |
4 |
多段速端子给定 |
采用两段速控制 |
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F0-10 |
最大输出频率 |
60.00 |
最大频率60Hz |
对应42m/min 的升降机运行速度 |
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FC-00 |
多段速分级给定1 |
28.0 |
最大频率的28%（低速） |
运行频率16.8Hz |
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FC-01 |
多段速分级给定2 |
100.0 |
最大频率的100%（高速） |
运行频率60Hz |
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F8-03 |
直线加速时间 |
6.0 |
6 秒加速时间 |
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|
F8-04 |
直线减速时间 |
2.0 |
2 秒减速时间 |
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|
F6-03 |
起动开始频率 |
1.50 |
起动频率为1.5HZ |
在无PG 矢量控制时使用，确保升降机起动瞬间不溜钩 |
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F6-04 |
起动频率保持时间 |
0.2 |
起动频率的保持时间为 0.2秒 |
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电机参数组 |
||||
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F1-00 |
电机额定功率 |
33.0 |
为3 台11kW 电机的功率总和 |
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F1-03 |
电机额定频率 |
50.00 |
额定频率为50Hz |
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F1-04 |
电机额定转速 |
1395 |
额定转速为1395RPM |
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F1-01 |
电机额定电压 |
380 |
额定电压为380V |
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F1-02 |
电机额定电流 |
70.5 |
额定电流为3 台电机的电流总和 |
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|
F1-05 |
电机定子电阻 |
0.123 |
|
通过参数自学习得到相关参数 |
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F1-06 |
电机转子电阻 |
0.249 |
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F1-07 |
电机定、转子电感 |
23.4 |
|
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F1-08 |
电机定、转子互感 |
22.8 |
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F1-09 |
电机空载电流 |
30.74 |
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输入输出端子组 |
||||
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F4-50 |
S1 端子功能选择 |
1 |
正转运行，升降机上行 |
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F4-51 |
S2 端子功能选择 |
2 |
反转运行，升降机下行 |
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F4-52 |
S3 端子功能选择 |
8 |
外部故障输入 |
|
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F4-53 |
S4 端子功能选择 |
7 |
故障复位 |
|
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F4-54 |
S5 端子功能选择 |
5 |
多段速端子1 |
X4 闭合为低速段 X3 和HDI1 闭合为高速段 |
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F4-55 |
HDI1 端子功能选择 |
10 |
多段速端子2 |
|
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F5-02 |
RO1 输出选择 |
15 |
故障输出 |
故障输出时，抱闸输出有效。 |
|
F5-32 |
RO2 输出选择 |
7 |
抱闸输出 |
|
|
抱闸控制逻辑 |
||||
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F5-33 |
抱闸、接触器控制选择（只适合端子指令通道） |
1 |
抱闸由变频器控制，接触器由外部控制器控制 |
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F5-34 |
抱闸合闸延时 |
0s |
该时间可以配合停机抱闸频率来调整 |
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F5-35 |
抱闸松闸延时 |
0s |
|
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F5-36 |
停机抱闸频率 |
3Hz |
对于开环矢量控制，该频率可以有效防止停机抱闸时溜钩 |
|
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F5-37 |
停机延时时间 |
0.2s |
定义变频器抱闸合闸信号输出后。变频器可以持续维持输出转矩的时间，用来消除停机时溜钩问题。 |
|
五、调试及现场测试波形
检查接线正确无误，试运行后一切正常后，需对电机进行参数自学习。 对于一拖多并联矢量控制，电机参数输入需要注意：
1、 一拖多系统中，电机组参数中，电机额定功率输入是否为各台电机之和；
2、 一拖多系统中，电机组参数中，电机额定电流输入是否为各台电机之和；
3、 输入合理的自学习加减速时间。
4、 由于此系统采用主电路和控制电路一起供电方式，变频器参数输入后，进行逻辑时序验证时，要注意现场情况，以防意外发生。
在现场对闭环矢量控制和开环矢量控制两种控制方式进行了调试和功能验证。合理设定变频器松、抱闸逻辑时序相关参数，实现在启动、停止无明显溜钩现象；高、低速运行，电机和变频器运行正常，达到良好的控制效果。
下面附上在满载实验时现场记录波形：
满载运行测试（42m/min），运行中相关参数的动态捕捉及说明
上图为升降机在42m/min 的上升与下降运行的过程状态参数波形图： 该波形图同时监控了运行频率、输出电流、输出转矩、输出电压、母线电压参数。从该图中，能够清晰反应在升降机的运行过程中，变频器的运行状况。升降机经历了上升启动开闸、加速上升、平稳上升、减速上升、上升停机报闸、停机、下降启动开闸、加速下降、高速平稳下降、低速平稳下降、下降停机抱闸，停机的全过程。
六、变频升降机的优势
施工升降机采用变频调速后，使升降机实现平稳操作，提高运行效率，消除起制动冲击， 减少电气维护，降低电能消耗，提高功率因素等。变频调速方法具有的显著特点如下：
1、 效率高，最高运行速度可打传统升降机两倍；
2、 无极调速有效解决结构和机构的冲击，延长齿轮、齿条、滚轮等机械结构的使用寿命；
3、 变频器的软启动功能，降低了电机启动时对电网的冲击电流，缓解了用电设备间的相互影响。
4、 可选择的加减速曲线，保证人乘坐的舒适感和减少载货时的冲击；可调节加减速时间和运行频率，确保升降机的准确平层。降低对司机的要求。
5、采用变频器减少了升降机的设备维护成本，为企业带来经济效益。
