1、引言
目前，我國(guó)的建筑用塔式起重機(jī)已越來(lái)越普遍，從普通的多層建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程，到處都有塔機(jī)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、程控語(yǔ)言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用。其中起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車變幅機(jī)構(gòu)的控制發(fā)展趨勢(shì)是采用變頻器控制。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是具有較大的慣性沖擊，起動(dòng)過(guò)快，沖擊大。而停車和打反轉(zhuǎn)都不允許過(guò)快過(guò)急，否則不僅運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，還會(huì)損壞機(jī)構(gòu)。更好的解決辦法是采用回轉(zhuǎn)專用減速機(jī)，同時(shí)采用變頻調(diào)速使起、制動(dòng)最平穩(wěn)。另外，采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)具有多重保護(hù)功能，使系統(tǒng)更加安全可靠。
2、塔吊回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理
塔吊是靠起重臂回轉(zhuǎn)來(lái)保證其工作覆蓋面的，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生是通過(guò)上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上，并由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)上支座相對(duì)于下支座運(yùn)動(dòng)。大齒圈需要二至四個(gè)小齒輪驅(qū)動(dòng)，小齒輪均勻分布于大齒圈四周，如圖1。
塔機(jī)回轉(zhuǎn)慣性很大，回轉(zhuǎn)起、制動(dòng)時(shí)往往會(huì)有慣性沖擊。為保證回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性要軟，回轉(zhuǎn)加減速度一定要小，并要求驅(qū)動(dòng)小齒輪的電動(dòng)機(jī)之間保持同步。
3、回轉(zhuǎn)同步控制原理
為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)小齒輪的電動(dòng)機(jī)之間保持同步，采用具有同步控制應(yīng)用宏的Vacon變頻器。Vacon變頻器具有可編程功能，有專用于起重機(jī)的起升應(yīng)用宏和回轉(zhuǎn)主從同步控制應(yīng)用宏，且控制性能優(yōu)良。
Vacon變頻器主從同步控制應(yīng)用宏是為采用Vacon NXP系列變頻器，且電機(jī)軸之間由齒輪、鏈條、皮帶等連接的應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。
外部控制信號(hào)只提供給主變頻器，主變頻器經(jīng)過(guò)系統(tǒng)總線控制從變頻器。主變頻器采用典型的速度控制，其他的從變頻器采用轉(zhuǎn)矩或速度參考值控制。
從變頻器轉(zhuǎn)矩參考值控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間為剛性連接，如齒輪、鏈條連接時(shí)，保證驅(qū)動(dòng)之間沒(méi)有速度差別。從變頻器速度參考值控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間柔性連接時(shí)，盡量減小驅(qū)動(dòng)之間的速度差。
主從變頻器通過(guò)相應(yīng)擴(kuò)展卡連接，擴(kuò)展卡之間通過(guò)光纜實(shí)現(xiàn)通訊(如圖2)。變頻器在這種連接方式下，最左邊的為主變頻器，其他的為從變頻器。在主變頻器上的擴(kuò)展卡采用默認(rèn)的跳線選擇。在從變頻器上的擴(kuò)展卡的跳線選擇則有必要進(jìn)行相應(yīng)修改。每臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)各自電機(jī)，通過(guò)主從控制功能實(shí)現(xiàn)同步控制。
圖2 通過(guò)擴(kuò)展卡實(shí)現(xiàn)的主從變頻器系統(tǒng)總線連接
3.1主從同步控制參數(shù)設(shè)計(jì)
主從同步控制參數(shù)組具備主從系統(tǒng)功能，主從參數(shù)通訊中沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)總線由從機(jī)反饋給主機(jī)的信號(hào)，推薦把從機(jī)的故障輸出信號(hào)連接到主機(jī)外部故障輸入端。系統(tǒng)總線通訊中丟失從機(jī)將觸發(fā)#81系統(tǒng)總線錯(cuò)誤，如果主機(jī)報(bào)警，從機(jī)將報(bào)#80錯(cuò)誤。參數(shù)敘述如下：
[1]主從選擇:此參數(shù)定義了主從連接的驅(qū)動(dòng)關(guān)系。主機(jī)次參數(shù)設(shè)定為Master，主機(jī)將通過(guò)光纖通道傳輸主從控制字，速度參考值，轉(zhuǎn)矩參考值等。從機(jī)次參數(shù)設(shè)定為Follower，同時(shí)把控制位置參數(shù)設(shè)定為Systembus。
[2] 本機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào)：用于系統(tǒng)總線驅(qū)動(dòng)。0~63每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都有唯一的本機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào)。
[3]從機(jī)系統(tǒng)總線ID號(hào)：主從通訊中的下一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。
[4]系統(tǒng)總線通訊速度：設(shè)置系統(tǒng)總線通訊速度。
[5]轉(zhuǎn)矩模式選擇：主機(jī)是典型的速度控制。參數(shù)可選如下：
0=不用
1=速度控制：當(dāng)主從電機(jī)軸是柔性連接時(shí)，主機(jī)從機(jī)均可設(shè)置成此參數(shù)，以便允許主機(jī)和從機(jī)的速度有一些差別。
2=轉(zhuǎn)矩控制：當(dāng)主從電機(jī)軸是剛性連接時(shí)(用齒輪或鏈條)，此參數(shù)用于從機(jī)選擇，以便主機(jī)與從機(jī)之間沒(méi)有速度差別。
3=轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出兩者之間的較小值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中的較小值作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩參考值。只在特殊情況使用。
4=轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出兩者之間的最大值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值。用其中的較大值作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩參考值。只在特殊情況使用。
[6]轉(zhuǎn)矩標(biāo)定:對(duì)應(yīng)于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。默認(rèn)值1000。此參數(shù)為轉(zhuǎn)矩參考值的標(biāo)定因子。選擇1000對(duì)應(yīng)于額定轉(zhuǎn)矩參考值。
[7]負(fù)載分配比例：負(fù)載分配轉(zhuǎn)矩參考值的百分?jǐn)?shù)。
[8]從機(jī)轉(zhuǎn)矩參考值來(lái)源。
[9]從機(jī)速度參考值來(lái)源。
3.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果分析
此控制系統(tǒng)應(yīng)用在沈陽(yáng)建筑機(jī)械廠K520塔吊上，回轉(zhuǎn)控制圖中的4四個(gè)小齒輪分別用4臺(tái)11kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，4臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由4臺(tái)Vacon變頻器驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成主從控制，變頻器1為主控制器并設(shè)定為速度控制，其他3臺(tái)變頻器為從控制器并設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制。工作中4臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本相等，回轉(zhuǎn)起、停控制平穩(wěn)，控制效果達(dá)到要求，用戶滿意。
4、結(jié)論
應(yīng)用變頻器的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：回轉(zhuǎn)起、停控制平穩(wěn)，采用Vacon變頻器的開(kāi)放式編程平臺(tái)開(kāi)發(fā)的主從同步控制應(yīng)用宏，使控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制特性。系統(tǒng)運(yùn)行安全，性能可靠，電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流時(shí)，變頻器會(huì)及時(shí)給出報(bào)警，停止系統(tǒng)工作。高效節(jié)能，在變頻器控制下，電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間無(wú)需達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。采用變頻器控制塔吊的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)越，具有很好的推廣價(jià)值。