变频器塔式起重机拖动分析

引言：

塔式起重机是建筑工地上应用得十分广泛的一种起重机械，传统的控制方式多采用饶线转子电机，切换电阻启动和调速。特别是涡流制动电机，低速时电阻高温消耗巨大电量，再加上有些场合工作环境差，电机的滑环、炭刷及接触器经常损坏，接触器的触头烧毁、炭刷冒火、电机及电阻烧毁现象时有发生。回转机构的轴承经常需要更换，偶尔也会出现折轴的现象。主卷扬机变速台阶感较强，机械冲击大，操作不当，经常发生打齿现象，制动器失灵，非常危险。总之，线路复杂，故障率较高，对生产影响很大，维修量及维护费用也很高。三相异步电动机：结构简单坚固、价格便宜、易于维护，因此采用变频器拖动三相异步电机取代传统的调速方式，采用PLC，以程序取代复杂的继电器线路，可以从根本上改善塔机状况，而且技术先进、节能显著等……。是塔式起重机理想的拖动系统。

拖动系统分析：

系统主要包括PLC、人机界面、变频器。PLC接受联动台指令，并检测各种传感器的信号，执行预先设定好的程序步骤；人机可以设定塔机初装的运行参数，并显示运行状况和报警，记录打印设备运行履历。变频器则接受PLC指令，按照程序命令调整电机转速。（参阅系统流程图）

1、联动台：包括总启动、停止、急停、电铃、调试、回转制动控制按钮。还包括大车、小车、吊钩、回转控制操作手柄。

总启动：系统得电，按下启动按钮，PLC检测重量、力矩、联动台“0”位、电源缺相、欠压，无误，驱动总启动交流接触器ZC闭合。停止按钮可以正常关闭系统。紧急情况下，急停按钮关闭ZC同时反馈信号，使PLC清除ZJ。

调试按钮：可以使塔机在安装或检修过程中，临时解除高度限位和小车限位，允许低速运行，触发复位接点，实现计数器复位。

操作手柄：是由主卷扬机、小车、回转、行走台车主令开关组成。行走台车主令开关有“0”位TS0、前TS1、后TS2，三个接点，TS0与ZC连锁，实现“0”位保护。TS1、TS2经行走限位器指令行走台车变频器TVVF运行。主卷扬机、小车、回转主令开关相同，有正/反向指令和三档变速指令五个接点。控制信号经PLC处理后，指令各自变频器运行。

2、行走台车：多数塔机是固定式安装，因此行走台车具有独立的控制箱。行走机构，双电机驱动，变频器一拖二，变频器要注意功率匹配。适当放宽加/减速时间，以减轻塔身惯性带来摇晃。电源直接取自电缆卷筒滑环。控制回路增加总启动同步交流接触器ZC2。运行过程：软启动——工频运行——减速停止。电机：采用电磁制动变频电机。制动器和冷却风扇并联，利用变频器频率到达接点控制。电缆卷筒与其同步。行程限位：前/后各装两只行程开关，常闭点串联控制，要注意提前量，适当加长安全尺，确保安全运行。

3、主卷扬机：是拖动重物做垂直运动的执行机构。变频器采用起重设备专用型，功率匹配，配套制动电阻，按起重特性设置。电机：同样采用电磁制动变频电机。制动器和冷却风扇并联，利用变频器频率到达控制。由于制动力矩较大，牵引电磁铁采用三相拖动。古老的液力推杆制动器，动作慢、故障率高不宜采用。

运行过程：变频器得到运行指令，输出频率由0Hz随加速时间逐渐上升，当频率到达预先设定值(如3－6Hz)，制动器动作，电机启动运行。停机过程反之。实现了0转速大转矩启停。有效的避免了坠钩。同时延长了制动器寿命。

高度限位：旋转编码器与PLC高速计数器配合，利用软件运算功能，实现上、下限位和减速缓冲过程限位（提前量）。复位：当吊钩运行到某个预定高度，触发复位接点。校验吊钩运行值，清除运行误差，保障了可靠运行。这个高度尽量低些，是吊钩每次运行都能到达的位置。

4、小车变幅：也采用电磁制动变频电机，其拖动原理及行程限位与主卷扬机类同。复位接点装在小车卷扬机位置，小车每次运行都将触发复位。

5、回转机构：变频调速，电机转速随变频器频率变化。在加减速频繁变化时，回转机构硬变速。也就是说：电机转速与塔机回转惯性，产生很大的作用与反作用力。这个硬变速对给塔机带来一定伤害，严重时会折轴。因此，联轴节采用液力耦合器，吸收这个硬变速。变频器采用通用型，无需制动电阻，自由减速停止。电机采用普通变频电机，只需完成变速，输出足够转矩即可。

电磁制动器：它通电刹车，装在减速机端。由制动按钮控制，软件交替自锁。当回转机构运行时解锁，再次锁定需手动按钮执行。回转制动应在塔机抗风定向作业时使用，塔机回转运行无需制动，在紧急情况下，手动制动。操作司机需注意回转惯性，掌握好提前量。

6、力矩和重量限位：是塔机安全运行的关键，系统包括硬件限位和软件限位两个方案，并列执行。

硬件限位：机械式力矩限位器和重量限位器(测力环)是必须的。它将接点信号送到PLC，由系统监控塔机工况。

软件限位：重量传感器与PLC组成电子秤。直接读取吊钩物体重量与吊车设定起重量比较，实现软件重量限位。再利用物体重量、小车行程推算出当前力矩。同样与设定力矩比较，实现软件力矩限位。提高了控制精度。

7、可编程序控制器PLC：在塔吊控制系统中，有大量的逻辑命令需要处理，这部分工作由PLC来完成，只有对众多的逻辑信号进行正确的处理，才能控制变频器拖动电机运行，完成整个塔吊工序。

8、人机界面：有监控画面和设置画面等多画面。监控画面：可以形象的显示吊钩、小车、重量、力矩、电源等状况数值。设置画面：初装或检修时，可以设置修改塔机的高度限位、小车限位、最大重量、力矩、校验电子秤等等。人机报警时，弹出报警子画面，电铃伴随。打印画面：记录塔机所有运行工况履历，可以算是塔机黑匣子。

系统程序可以不断升级更新，满足各种条件需求。

安全防护

当力矩限位动作时：吊钩只能低速下降，小车只能低速回收，人机报警。系统关闭其他动作。解除后，延迟——恢复运行。

当重量限位动作时：吊钩只能低速下降，人机报警。系统关闭其他动作。解除后，延迟——恢复运行。

系统在运行过程中，电源欠压，各部机构减速停止，人机报警。吊钩只能低速下降。严重时断开ZC。如果缺相系统自动保护。供电恢复，需重启系统。

结束语

变频器塔机电气线路结构简洁，在拆装过程，采用不同的航空插头连接电器及执行机构。可有效避免装错线。同时节省电气安装时间。

总之变频器塔机好处多多。制造厂开发改型吧，老塔机拥有者寻求改造吧。祝愿你们拥有美好的设备，创造更多的财富，行大运！发大财！

附件：变频器塔机分析参考图（主回路、控制回路、流程图、PLC ID分配图）

QQ:360833566