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【摘要】抓斗行车是工矿企业生产现场的常用设备，本文对抓斗行车的变频技术改造进行了探讨，阐述了变频调速系统的功能特性，对抓斗行车变频控制系统的电气配置进行了较为详细的论述，并对改造过程中出现的一些问题及解决方案进行了探讨。
【关键词】抓斗行车；行车改造；变频控制；变频器
行车是工业企业生产现场的常用设备，又称为吊车，为一种桥式起重机械设备，在工矿企业中的应用十分广泛。多数行车是通过吊钩来实现对现场物料的搬运，当现场需要搬运的物料为粉状或碎粒物时，则需要通过抓料斗来进行物料的搬运，这样的行车就是抓斗行车。传统的抓斗行车控制方式比较落后、保护功能比较单一，通常只具备过流与过载保护，系统的稳定性与可靠性较差。此外，传统的控制系统能耗较大，电能浪费现象较为严重。因此，对传统老式抓斗行车调速系统进行变频技术改造，对提高行车工作效率、减少电能消耗和设备维护工作具有重要的意义。
1、变频调速系统的功能特性
1）变频调速系统控制电机可以保持在启动时的转矩输出接近额定转矩，且具有较强的抗冲击与过载能力，对于需要电机频繁正反转的场合具有较高的适用性。2）可以与各种传感器组合构成矢量闭环控制系统，具有多段速控制方式，可以满足行车运行的各种要求。3）软件功能强大，提供各类工程流程所需的应用宏。4）保护功能完善，具备过压、过流、欠压、缺相保护功能；具备变频过热、电机过载保护功能；具备电动机失速保护、电动机欠载保护等各种保护功能。5）具备标准的RS232通讯接口，可实现与微机的通讯以及远程诊断，可以实现各类应用宏程序的下载安装。6）具有动态制动的特点，可采用外部连接制动电阻或使用内部制动电阻的制动断续器，有效控制、改变电动机运行状态。
2、电气系统的配置
2.1 变频器的选择。根据行车提升部分所选用电机的特性以及作业特点，主卷电机和闭合电机所选用的变频器应是高性能的矢量变频器。在功率选择上，应充分考虑到系统长期使用有可能出现的超载状况，变频器的功率选择应比电机功率高出1档或2档。抓斗行车提升部分的闭合电机除负责抓斗的开闭功能实现外，还需要与主卷电机配合来完成抓斗的提升作业，这也就是说，抓斗行车的提升过程是由主卷电机与闭合电机共同出力完成的，这就涉及到提升时主卷与闭合钢丝绳的受力平衡问题。行车抓料斗在抓料完成时，主卷钢丝绳是处于松弛状态，控制主卷与闭合电机的变频器若都为速度控制方式，那么就会导致闭合电机、变频器以及钢丝绳过载。因此，对于控制主卷电机的变频器来说，应具备速度/转矩控制在线切换功能，而控制闭合电机的变频器来说，应具备转矩输出功能，两台变频器通过有效的逻辑配合才能解决受力平衡问题。
2.2 速度反馈（编码器）。编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。为更好地实现空中起车和转矩控制功能，可选用与变频器品牌配套的编码器，编码器通过轴套与电机轴相连接，可充分利用变频器转矩控制功能与伺服功能，确保消除启停时的“溜钩”现象。
2.3 制动单元和制动电阻。行车的作业是在水平面两个方向上进行往复运动的过程，在进行上下升降作业时，下降过程中电机是处于发电状态，由此产生的电能叫做再生能量，电机再生能量会导致变频器直流母线电压的升高，因此，必须选用制动单元和制动电阻来将这种再生能量消耗掉，避免变频器因直流母线电压的升高而产生危险。对于制动组件的选择，其配置容量以变频器的容量为依据，可适当放大配置。一些品牌的变频器会提供配套的制动组件，其制动能力通常会较一般配置的要好，可优先选用。
2.4 PLC。PLC又叫可编程控制器，采用该装置可有效提高系统的自动化水平，实现系统的逻辑控制。应用在抓斗行车控制系统，其主要功能包括：控制变频器的启停；精确控制抱闸；对主卷变频器速度控制与转矩控制方式进行切换控制；实现系统的安全连锁功能。
3、改造过程中出现的问题及解决措施
3.1 停車时抓料斗关闭不严。在系统运行调试过程中，出现了停车时抓料斗关闭不严的问题，造成这种问题的原因是由于抓斗停止时，抱闸的机械动作相比与变频器的指令输出具有一定的滞后性，变频器过早的停止输出而抱闸动作没有及时跟上，造成抓料斗在静止状态下出现自动下滑的现象，也就是所谓的“溜钩”。针对具体问题，可通过修改变频器设置参数以及延长闭合电机减速时间来解决。将变频器的停止频率由原来的0HZ修改为2HZ，这种提升和开闭电机启动与停止的初始转矩得到了加强，但不宜设置过高，否则会影响抱闸闸皮的使用寿命；将闭合电机的减速时间延长0.5s左右，这样便将抱闸的机械动作延时加了进来，确保了抱闸动作与变频指令在时间上的一致。
3.2 提升电机与开闭电机出力不平衡问题。对于此问题的解决，可以通过将控制提升与开闭电机的变频器的力矩输出端子进行连接，以开闭电机的力矩输出做为提升电机启动运行的信号源，这样一来，当开闭电机的力矩输出达到设定水平后（可设置为提升电机额定转矩的20%），提升电机便启动运行，快速运转来追赶开闭电机的输出，这样便可以在很短时间内达到二者的出力平衡，避免提升电机堆绳与闭合电机跳车。此外，通过分别设置提升电机与开闭电机变频器的最高频率，也可以达到调节二者出力平衡的作用。将控制开闭电机的变频器的最高频率设置低于控制提升电机的变频器大概10HZ左右，便可使提升电机的出力在短时间内追赶上开闭电机，达到二者的出力平衡。
3.3 整流单元放炮故障的处理。在抓斗行车变频改造调试运行过程中，出现了整流单元放炮的故障，分析发现是制动单元的外接电阻因为电机的频繁启停而造成了局部过热的现象；此外，制动电阻接线端子与其连接导线间距过小，引起连接导线绝缘老化而短路，造成整流单元损坏。针对上述原因，对制动单元及制动电阻的设计装配进行了相应的改进，之后的运行过程中没有再发生此类故障。
4、结束语
对抓斗行车进行变频改造后，很好的解决了系统的安全性与可靠性的问题，而且在节能方面具有较为突出的表现，行车运行效率低、能耗高的问题得到了较好的改善。此外，与传统的控制系统相比，调速性能大为提高，速度控制的精度也得到提高，且很好的解决了主卷电机与开闭电机间的出力平衡问题，提高了控制元件的使用寿命，有效降低了系统的故障率以及维护成本，在实际的运行中体现了较高的综合效益。
【关键词】抓斗行车；行车改造；变频控制；变频器
行车是工业企业生产现场的常用设备，又称为吊车，为一种桥式起重机械设备，在工矿企业中的应用十分广泛。多数行车是通过吊钩来实现对现场物料的搬运，当现场需要搬运的物料为粉状或碎粒物时，则需要通过抓料斗来进行物料的搬运，这样的行车就是抓斗行车。传统的抓斗行车控制方式比较落后、保护功能比较单一，通常只具备过流与过载保护，系统的稳定性与可靠性较差。此外，传统的控制系统能耗较大，电能浪费现象较为严重。因此，对传统老式抓斗行车调速系统进行变频技术改造，对提高行车工作效率、减少电能消耗和设备维护工作具有重要的意义。
1、变频调速系统的功能特性
1）变频调速系统控制电机可以保持在启动时的转矩输出接近额定转矩，且具有较强的抗冲击与过载能力，对于需要电机频繁正反转的场合具有较高的适用性。2）可以与各种传感器组合构成矢量闭环控制系统，具有多段速控制方式，可以满足行车运行的各种要求。3）软件功能强大，提供各类工程流程所需的应用宏。4）保护功能完善，具备过压、过流、欠压、缺相保护功能；具备变频过热、电机过载保护功能；具备电动机失速保护、电动机欠载保护等各种保护功能。5）具备标准的RS232通讯接口，可实现与微机的通讯以及远程诊断，可以实现各类应用宏程序的下载安装。6）具有动态制动的特点，可采用外部连接制动电阻或使用内部制动电阻的制动断续器，有效控制、改变电动机运行状态。
2、电气系统的配置
2.1 变频器的选择。根据行车提升部分所选用电机的特性以及作业特点，主卷电机和闭合电机所选用的变频器应是高性能的矢量变频器。在功率选择上，应充分考虑到系统长期使用有可能出现的超载状况，变频器的功率选择应比电机功率高出1档或2档。抓斗行车提升部分的闭合电机除负责抓斗的开闭功能实现外，还需要与主卷电机配合来完成抓斗的提升作业，这也就是说，抓斗行车的提升过程是由主卷电机与闭合电机共同出力完成的，这就涉及到提升时主卷与闭合钢丝绳的受力平衡问题。行车抓料斗在抓料完成时，主卷钢丝绳是处于松弛状态，控制主卷与闭合电机的变频器若都为速度控制方式，那么就会导致闭合电机、变频器以及钢丝绳过载。因此，对于控制主卷电机的变频器来说，应具备速度/转矩控制在线切换功能，而控制闭合电机的变频器来说，应具备转矩输出功能，两台变频器通过有效的逻辑配合才能解决受力平衡问题。
2.2 速度反馈（编码器）。编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。为更好地实现空中起车和转矩控制功能，可选用与变频器品牌配套的编码器，编码器通过轴套与电机轴相连接，可充分利用变频器转矩控制功能与伺服功能，确保消除启停时的“溜钩”现象。
2.3 制动单元和制动电阻。行车的作业是在水平面两个方向上进行往复运动的过程，在进行上下升降作业时，下降过程中电机是处于发电状态，由此产生的电能叫做再生能量，电机再生能量会导致变频器直流母线电压的升高，因此，必须选用制动单元和制动电阻来将这种再生能量消耗掉，避免变频器因直流母线电压的升高而产生危险。对于制动组件的选择，其配置容量以变频器的容量为依据，可适当放大配置。一些品牌的变频器会提供配套的制动组件，其制动能力通常会较一般配置的要好，可优先选用。
2.4 PLC。PLC又叫可编程控制器，采用该装置可有效提高系统的自动化水平，实现系统的逻辑控制。应用在抓斗行车控制系统，其主要功能包括：控制变频器的启停；精确控制抱闸；对主卷变频器速度控制与转矩控制方式进行切换控制；实现系统的安全连锁功能。
3、改造过程中出现的问题及解决措施
3.1 停車时抓料斗关闭不严。在系统运行调试过程中，出现了停车时抓料斗关闭不严的问题，造成这种问题的原因是由于抓斗停止时，抱闸的机械动作相比与变频器的指令输出具有一定的滞后性，变频器过早的停止输出而抱闸动作没有及时跟上，造成抓料斗在静止状态下出现自动下滑的现象，也就是所谓的“溜钩”。针对具体问题，可通过修改变频器设置参数以及延长闭合电机减速时间来解决。将变频器的停止频率由原来的0HZ修改为2HZ，这种提升和开闭电机启动与停止的初始转矩得到了加强，但不宜设置过高，否则会影响抱闸闸皮的使用寿命；将闭合电机的减速时间延长0.5s左右，这样便将抱闸的机械动作延时加了进来，确保了抱闸动作与变频指令在时间上的一致。
3.2 提升电机与开闭电机出力不平衡问题。对于此问题的解决，可以通过将控制提升与开闭电机的变频器的力矩输出端子进行连接，以开闭电机的力矩输出做为提升电机启动运行的信号源，这样一来，当开闭电机的力矩输出达到设定水平后（可设置为提升电机额定转矩的20%），提升电机便启动运行，快速运转来追赶开闭电机的输出，这样便可以在很短时间内达到二者的出力平衡，避免提升电机堆绳与闭合电机跳车。此外，通过分别设置提升电机与开闭电机变频器的最高频率，也可以达到调节二者出力平衡的作用。将控制开闭电机的变频器的最高频率设置低于控制提升电机的变频器大概10HZ左右，便可使提升电机的出力在短时间内追赶上开闭电机，达到二者的出力平衡。
3.3 整流单元放炮故障的处理。在抓斗行车变频改造调试运行过程中，出现了整流单元放炮的故障，分析发现是制动单元的外接电阻因为电机的频繁启停而造成了局部过热的现象；此外，制动电阻接线端子与其连接导线间距过小，引起连接导线绝缘老化而短路，造成整流单元损坏。针对上述原因，对制动单元及制动电阻的设计装配进行了相应的改进，之后的运行过程中没有再发生此类故障。
4、结束语
对抓斗行车进行变频改造后，很好的解决了系统的安全性与可靠性的问题，而且在节能方面具有较为突出的表现，行车运行效率低、能耗高的问题得到了较好的改善。此外，与传统的控制系统相比，调速性能大为提高，速度控制的精度也得到提高，且很好的解决了主卷电机与开闭电机间的出力平衡问题，提高了控制元件的使用寿命，有效降低了系统的故障率以及维护成本，在实际的运行中体现了较高的综合效益。