变频控制系统在门机中的应用与技术分析

变频控制系统在门机中的应用与技术分析

王登奇

关键词：变频控制系统；门座式起重机；应用；技术分析

在社会经济的迅速发展下，物流、交通业随之快速发展，需要吊装与搬运的大宗货物数量急剧增多，门机的应用范围也得到了相应的扩展。从发展的实际情况来看，门机被广泛的应用到码头港口、水电站、造船厂等多个领域。从现有门机的控制系统应用来看，门座式起重机控制系统大多安装并使用了变频装置，变频控制系统在货物的吊装和运输中显示出自身独特的优势。

一、变频调速和矢量控制技术

变频调速的基本原理：是交流电动机的速度与频率成正比关系，从而确保V/f的恒定。通过变频器的调速控制能对交流电动机实现良好的控制效果，准确输出电压的频率和幅值，从而实现交流电动机的速度控制。变频调速控制分为矢量控制与标量控制，标量控制一般为开环控制是交流电动机定子电压幅值和频率，在具体工作中只能够根据电动机的稳定运行规律进行控制，无法控制任意两磁势矢量相对位置转矩控制性较差，安全系数较低，多用于门机行走变频控制。而矢量控制技术一般又称为闭环矢量控制，是电机转矩和电机产生的定子磁势矢量、转子磁势矢量通过控制任意两个磁矢量的大小和位置能够实现对转矩大小的控制，同时将输出的电压频率、电流、速度及扭矩与反馈的数据进行比对，实现闭环矢量控制。

二、门座式起重机的功能分析

门机能够实现重物起吊和搬运操作，在码头货物装卸的核心设备。第一，门机的负载特点。从门机的负载情况来看，大多数的门座起重机的起升机构都处于一种恒转矩负载的状态下。基于重物在空间位置上具有一定的高位势能，起升机构隶属位能性负载。重物在起升过程中，门机电动机的使用需要克服上升状态下的一系列阻力，其中包含：不同机构之间的摩擦力、重力势能等。重物重力超过摩擦阻力时，重物在自身重力作用下会产生下降动力，在这个过程中电动机成为能量的接受者，在这种情况下起重机的应用就处于一种动力负载作用。第二，门机的转动调速方式。门座式起重机的每一个转动部分都需要系统进行调速操作的。在一般情况下会采取三相异步电动机的配合变频调速方式来实现操作。

三、变频控制系统在门座式起重机中的应用

门机在运行前需合主控电源、主电源，在各保护限位及操作主令处于零位等满足PLC起升条件后方可正常运行。根据PLC变频控制系统的故障提示能够帮助设备维保人员更迅速的找到设备故障点，及时发现门座式起重机在运行过程中遇到的问题，实现对整个门座式起重机运行状体的实时控制，并可借助RCMS对起重机运行状态实现远程监控。通过设备司机操控主令控制器，主令控制器将运行信号传输给PLC控制系统，再由PLC输出动作信号，变频器将所获得的频率指令，输出不同频率的电压从而实现PLC变频调速系统控制，来完成货物的装卸工作。

（一）变频器的科学选用

在进行变频器的选用时，应优先对门机的作业工况进行了解，需要满足多大的起重量，从而选用相应的变频电机，然后通过变频电机的频率、额定电流、频率调速范围进行变频器的选型，同时在选择变频器的时还需要全面考虑门座式起重机的控制系统的安全及性能，合理的选用各机构的控制方式，如起升、变幅机构应选用闭环矢量控制方式，行走及旋转机构可选用开环矢量控制。一般来说，变频器有着良好的低频高转矩特性，变速平稳，力矩输出稳定，由此将其应用到门机上能降低机械冲击、提高装卸作业的安全系数。

（二）变频控制系统的起动和调速操作

变频控制系统应用在门座式起重机上，能够加强对异步电动机定子频率和异步电动机电子电压的有效控制，使得电动机具备低频率、高扭矩的输出，从而确保门座式起重机在运行过程中良好的起动性能。同时为降低能耗可引入能量回馈系统，货物下降时产生的额外电流经IGBT组处理后重新回馈至电网，从而实现节能降耗。

（三）变频控制系统传动系统的设计

在实际运行中，门座式起重机的稳定运行对变频控制系统的旋转机构、变幅机构有着较高的要求。在这个过程中为了确保变频器在整个门座式起重机运行中得到稳定应用，需要相关人员加强对笼型转子异步电动机的合理选用，在具体应用操作中要着重做好以下几个工作：第一，充分考虑门座式起重机运送重物上下过程中出现的过载问题。考虑到门座式起重机在承载重物的时候本身会产生较大的起动转矩，起动转矩能够达到额定转矩的15%，在实际操作中需要相关人员全面、科学的考虑门座式起重机变频系统的机械制动器和起动操作。第二，加强对门座式起重机升降重物过程中复杂转矩的重视。在进行变频控制系统传动系统控制操作的时候需要相关人员加强对转动系统设计的关注。

（四）变频控制系统在门座式起重机中的使用效果

专用DTC直接转矩控制方式变频器和变频器专用电机共同组成的调速系统，在实际应用过程中，基本性能超过了直流伺服系统，在原有变频控制系统的基础上调整了变频系统的升降、旋转速度等，使得整个系统的运行精确度提升，减少了电机维护工作量，解决了门座式起重运行中频发更换零部件的麻烦，降低了门座式起重机的应用成本。

结束语

综上所述，在社会经济的不断发展下，我国社会发展中的工业化水平提升，在港口、铁路运输领域所需要的重物吊装和搬运任务相应的增加。变频控制系统在门座式起重机控制系统中的应用能够有效提升门座式起重机控制系统重物吊装、搬运的效率，在一定程度上延长门座式起重机本身的使用寿命，需要引起相关人员的重视和关注。

【参考文献】

[1]刘毅红,敬华兵.冗余PLC控制变频调速系统在矿井提升机中的应用[J].控制与信息技术,2018(01):38-41+51.

[2]杨志,杨明汉.基于PROFIBUS_DP的变频控制系统在螺旋卸车机中的应用[J].科技创新导报,2016,13(06):68+70.