1 引言

重鋼股份有限公司運輸部四碼頭雙十噸浮吊自1992年投入使用，為重鋼生產作了重大貢獻，是保證重鋼生產得以持續進行的關鍵設備。但該浮吊原電氣控制系統為繼電器--接觸器控制系統，采用的是普通繞線型異步電動機轉子串電阻調速控制方式，調速性能差，在起停及調速過程中電氣沖擊很大，電氣元件經常損壞，電機也常被燒，電工的維護和維修任務很重。同時，由于電氣控制系統的缺陷，安全隱患多，機械磨損相當嚴重，如果不采用新的調速控制系統，浮吊面臨提前報廢的危險，將給正常生產帶來不可估量的損失。

在對浮吊電氣控制系統的特點與難點準確把握的前提下，確定把plc與變頻調速控制技術引入浮吊控制系統的技術改造方案，由于浮吊處于江邊的囤船上，電氣環境十分惡劣，船體隨著江面晃動，濕度大、粉塵多、夏天氣溫很高、電源質量差等，上述因素導致很強的電氣干擾，采取適當隔離措施以后，新系統終于開始正常工作。

雙十噸浮吊變頻調速電氣控制系統至今已投入運行1年多時間，統計數據表明，這是一個非常成功的技改項目，它不但挽救了一個瀕臨報廢的重要生產設備，并且，在這一年中，浮吊的運輸量不斷地創造新紀錄，直接帶來了可觀的經濟效益。現將應用中有關問題作簡要討論。

2 浮式起重機全機構控制的最佳調速控制方式

變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動控制設備。對交流電動機來說，其轉速接近于由磁場旋轉速度決定的同步轉速，而同步轉速是與電源頻率成正比的，所以改變頻率也即改變電動機同步轉速來調速。在電源頻率、磁場強度和轉差率等影響交流異步電動機轉速的諸因素中，電源頻率是關鍵性的主導因素，改變頻率調速方式的機械特性好，抗擾動能力強，能耗低，調速范圍寬。因此，變頻調速目前是交流異步電動機最完美的調速方式。

異步電動機用變頻器調速組成的調速系統，其控制方法可分為2大類：

（1）是常規控制方式，以輸出頻率作為主控制量，輸出電壓作為頻率的單值函數，并適當采取相關的補償措施。由于缺乏有效控制磁通及力矩的手段，調速精度不高、力矩響應速度慢、低速力矩衰減明顯，動態控制參數差。采取速度閉環措施后，可以明顯提高穩態速度控制精度，但其他各項指標沒有顯著改進，只適合于調速要求不高，調速范圍較小，不在極低速度下持續工作的場合。

（2）是先進的控制方式，其基本特點是間接實現對于磁通及力矩的有效控制，保持磁通基本恒定以克服低速力矩衰減，控制力矩以改善動態調速性能。其中以矢量控制法和直接轉矩控制法為代表，而目前應用最為普遍和成熟的是矢量控制。矢量控制原理是把異步電動機等效為經過變換的直流電動機模型，通過矢量變換將勵磁電流和力矩電流分解開，分別實現算法控制，再將兩種電流計算值進行矢量合成，實行統一輸出，既可控制磁通，又可控制力矩，因而所得的控制效果可與直流電動機調速系統相媲美。

異步電動機采用變頻調速，可以很好的改善電氣傳動系統的調速性能及動態品質，實現有級平滑調速或無級調速，并且機械特性很硬，抗負載擾動能力強。還可以很好的解決起重設備各運動機構的運行平穩性問題，可任意設定各級速度及速度變化斜率，容易實現精確對位。利用變頻器的低速力矩特性，可以很好地防止低速下的“溜鉤”問題發生。在行車電機頻繁起動及變速的工況下，利用變頻器可以很好地節約能源。通過采用變頻器控制，還可以很好地解決繼電器—接觸器控制系統極易發生的主回路觸點粘連的嚴重問題，系統的可控制性、安全性及可靠性大幅度提高。

在重鋼雙十噸浮吊驅動調速控制系統中，選用的是日本安川公司的616g5系列起重專用型變頻器，這種品牌變頻器能很好地適應起重領域對于變頻器的要求，其速度穩定性好、低速力矩特性好、力矩響應快。它有可以由用戶自由設定的開環v/f控制模式、閉環v/f控制模式、開環矢量控制模式及閉環矢量控制模式等共四種調速控制模式，其中前2種模式屬于常規控制模式，性能略差但實現方便，沒有特殊要求，而后兩種模式屬于先進控制模式，性能優越。它能夠方便地利用其矢量控制性能，實現高精度高動態性能的速度控制，調速比高達1:1000，低速甚至零速時可達到150％額定力矩輸出，還能夠以多種特殊控制功能適應不同的控制要求，因此廣泛地應用于起重行業。

浮吊變幅、抓斗和提頭機構拖動負載屬于位能型負載，各機構運行時，在抱閘線圈松開的一瞬間，或者在低速啟動的過程中，如果電機由于電磁慣性一時不能建立足夠的磁場強度或者低速力矩特性太差不能提供足夠的力矩，則都會發生抓斗下溜現象。變頻器閉環矢量控制能提供快速力矩響應，低速力矩特性好，對于兩種‘溜鉤’原因都有良好的克服效果，在重鋼浮吊控制中基本沒有觀察到‘溜鉤’現象。如果勵磁慣性太大而仍有溜鉤發生，則可以通過特殊控制加以克服。

在浮吊電氣控制系統中，變幅機構、抓斗機構和提頭機構采用閉環矢量控制，其低速力矩性能可防止負載下溜，其很硬的機械特性則可使各運行機構嚴格按操作人員發出的指令運行。浮吊旋轉機構是雙電機驅動，要求運行同步，且難以實現脫開負載的自學習，因此不具備矢量控制的條件，故作者設計采用一臺變頻器驅動兩臺電機，變頻器采用開環v/f控制模式，調試時采取了低速電壓補償，實踐證明這種設計是合理的，使用效果很好。

浮吊控制系統中，抓斗和提頭兩股鋼繩的受力平衡是比較難解決的問題，在原繞線電機串電阻調速驅動、繼電器—接觸器控制系統中，只有靠時間繼電器的延時配合機械特性較軟的電機調速控制特性來實現，效果很差。安川的61