电机升降平台原理

本文分析了AB700S变频器在升降大负载小车上的应用，主要介绍为防止小车溜钩、定位失控、坠落事故的发生而对编码器的同步判断、零速满转矩与抱闸的同步控制在PLC程序中的实现及变频器一些重要参数的手动设置,这些技术在类似的位能大负载设备的控制上可以得到广泛的推广与应用。

衡阳钢管有限公司Φ720分厂的芯棒循环小车，总负载60吨左右，最高行走速度1.5m/s ,定位精度±1mm , 最高升降速度0.3m/s ,定位精度±2mm ,分别由一台250KW升降电机，一台132KW行走电机，3台55KW夹钳电机来控制，均由AB700S变频器驱动。

它有11个工位，每个工位的行走与升降距离都不一样，控制相当复杂。而对于这样的位能大负载不仅要求运行平稳、定位精确，保证其安全可靠，防止溜钩与意外坠落事故也是尤为重要，否则后果不堪设想。

在调试、试生产过程中由于变频器参数未得到优化、PLC程序设计不合理及未采取恰当的保护措施而使小车出现了溜钩、定位失控与坠落事故。后来我们对变频器进行了手动优化，对程序进行了重新设计即编码器的同步判断、零速满转矩与抱闸的同步控制等，经反复调试后，至今运行效果良好。

1、设备结构图如下：

2、PLC程序的设计

2.1、绝对值编码器与增量式编码器同步的比较

控制原理，如图2所示。

程序①②：DB100.DBD4为测量升降机构升降距离的绝对值编码器的值，ID804为电机尾部速度增量式编码器的值（编码器进AB700S变频器，通过 profibus与PLC通讯）由于程序编在循环中断组织块OB33中，故程序将根据500MS的固有周期对两个编码器的值进行采样与计算。程序③：MD816的值除以100（双整数除法）这是因为增量式编码器装在电机尾部由于存在编码器脉冲数、机械减速箱的问题故需将其换算与绝对值编码器的值保持一致。程序④⑤：将MD820、MD804分别转换成实数并取绝对值。程序⑥：将换算后的增量式编码器的值与绝对值编码器的值进行比较，MD824大于MD828（绝对值编码器丢脉冲）时则报升降编码器计数错误的故障通过程序立即将变频器给零速并机械抱闸，只有查清故障并手动将M606.5复位后才能再次工作。在试生产过程中几次由于绝对值编码器故障造成定位失控而撞坏设备，通过编制以上程序将两个编码器的值作比较可以判断绝对值编码器是否工作正常、与增量式编码器同步与否等，有效地防止了升降小车溜钩与定位失控事故的发生。

2.2、零速满转矩与抱闸的同步控制

一般的位能负载控制设计采用零速满转矩或抱闸单独控制，但各有优缺点，我们开始采用零速满转矩控制，在试生产过程中由于变频器、编码器、供电电源等外界因素的影响而造成小车坠落几次。

我们分析：由于总负责有60吨左右，加速度、惯性很大，当小车失控意外坠落过程中，抱闸总会有滞后而且无法抱住失控的升降小车，我们决定采取零速满转矩与抱闸同步控制，程序原理如下图3所示：

参数说明：如图3所示。

AB700S变频器状态字 L0.2-准备就绪 L1.1-运行 L1.7-故障 L0.5-零速 #Enable-变频器使能（来自WICC画面）#Fw-正转 #Bw-反转 #Valve_抱闸阀 #Control-变频器控制字 #Speed_Out-给变频器速度 #E_Stop-外部急停 M606.5为编码器计数错误。

控制原理：如图3所示。

程序①：在变频器准备就绪、没运行、无故障、无外部急停的情况下通过点击WICC画面#Enable将W#16#2控制字与“0”速度送给变频器，这时变频器建立磁场与转矩（零速满转矩）。程序②：当收到变频器运行信号(L1.1)1秒后,如果PLC有正转、反转指令则打开抱闸(#Valve),确保打开抱闸前零速满转矩已建立； 当PLC撤除正转、反转指令时只有收到变频器零速信号(L0.5)后才关闭抱闸，确保关闭抱闸前小车处于静止状态，防止抱闸磨损。程序③：当撤除WICC画面#Enable时，抱闸(#Valve)立即关闭并在5秒钟后才给变频器发W#16#1停止指令，确保抱闸关闭前变频器处于零速满转矩状态，防止了溜钩的发生。程序④：当PLC无正转、反转指令或升降编码器计数错误故障时则将“0”速度送给变频器。使变频器处于零速满转矩状态，与抱闸一起控制来防止溜钩、坠落事故的发生。3、变频器参数的手动设置

AB 700S是高性能的工程型变频器，它提供了高性能的传动控制，有卓越的性能，我们将控制模式设为Field Oriented Control（磁场定向控制）简称FOC 是带有电压自调整的感应电动机控制，能将定子电流分解成磁场电流和转矩电流，因此虽然是交流电动机的电流，也能够作为直流量进行控制，与输出频率无关，能够更好的进行高性能控制。

但当我们将电机自优化运行后，带上负载时（总重量60吨左右）出现溜钩、定位失控现象，说明控制这样的位能大负载需对变频器的一些参数作手动优化，我们修改参数说明如下：

总惯量[Total Inertia] ：2→5 额定电动机转矩下，带负载的电动机从零速加速到基速时所用时间秒数。其目的是改善加减速和恒速运行时的冲击大负载的运行特性；电源掉电模式[Power Loss Mode]：0→2 可选值0 使变频器在掉电时间内滑行而不提供电动机电流，可选值2 使变频器在掉电时间内连续”正常”工作，这样可以防止溜钩、坠落；电源掉电时间[Power Loss Time]：2s→0.1s 在检测到故障之前，设置使电动机维持在掉电模式下的时间。这样可以缩短检测掉电到报故障的时间，以便立即抱闸；电源掉电幅值[Power Loss Level]：22.1→46.6 设置母线电压幅值，当母线电压低于该幅值时则变频器报故障，程序控制立即抱闸；正向转矩限幅[Torque Pos Limit]：2→8设置正向转矩基准值的外部转矩限幅；负向转矩限幅[Torque Neg Limit]：-2→-8 设置负向转矩基准值的外部转矩限幅 ；再生功率限幅[Regen Power Lim]：-0.5→-8 ；母线低电压组态[BusUndervoltCnfg]：1→3 组态变频器对直流母线电压下降到最小值以下时响应。由原来的报警改为故障并且斜坡停车 ；速度调节带宽[Spd Reg BW]：10→100 设置速度调节器的带宽，单位为rad/S。小信号的时间响应大约为1/带宽，并且是到达设定点63%的时间值。改变该参数值将自动更新速度调节比例系数P增益、积分系数I增益。这样速度调节的比例系数与积分系数将自动调整，加快了响应速度。通过我们修改以上参数后，运行时起、制动平稳，定位准确，有效地防止了溜钩、定位失控等现象。

4、实际速度、电流曲线图

图4是升降电机运行时的实际速度、电流曲线图，红色为速度曲线，黑色为电流曲线。电机升降平台原理

5、结束语

由以上图4的实际速度、电流曲线可以看出:通过我们重新设计PLC程序、手动修改变频器参数后，设备运行速度平稳，准确定位后零速满转矩与抱闸共同控制着60吨左右的位能大负载。这些技术的采用与创新能有效地防止溜钩、定位失控、坠落事故的发生，运行效果相当理想。对变频器、PLC控制的类似位能大负载升降小车有很好的借鉴作用。

（本文选编自《电气技术》，作者为廖大猛。）