变频控制制动系统改造
基于PLC及变频器的行车控制系统改造
2021年第3期福建冶金43基于PLC及变频器的行车控制系统改造林建钦（福建三钢（集团）有限责任公司，福建三明365000）【摘要】在冶金企业中，桥式起重机是一种应用十分广泛的起重机械。
传统的继电器-接触器控制系统和串级调速方式存在能耗高、调速性能差、故障率高、安全性能低等问题。
本文介绍了棒材厂圆棒车间基于PLC及变频器的桥式起重机（下文简称为行车）控制系统的改造设计，以提高行车的调速性能、安全性能，减少故障率并降低能耗。
该系统自改造完成后，运行正常，达到设计目的。
本设计方案具有通用性，对起重机控制系统设计改造具有参考价值。
【关键词】行车S7-1200TIA Portal变频器矢量控制Transformation of Crane Operation Control System Based on PLCand Frequency ConverteLin Jianqin(Fujian Sanstee(l Group)Co.,Ltd.,Sanming365000,Fujian)[A bstract]In metallurgical enterprises,the bridge crane is a kind of widely used lifting machinery.The traditional relay contactor control system and cascade speed regulation mode have the problems of high energy consumption,poor speed regulation performance,high failure rate and low safety performance.This paper introduces the transformation design of bridge crane control system based on PLC and inverter in round bar workshop of bar mill,in order to improve the speed regulation performance,safety performance,reduce failure rate and reduce energy consumption.After the reconstruction,the system runs normally and achieves the design purpose.The design scheme is universal and has reference value for the design and transformation of crane control system.[Keywords]Crane;S7-1200;TIA portal;frequency converter;vector control-U_1—刖言圆棒车间自2013年投产以来，所用行车均为老式行车，即控制系统主要采用继电器-接触器控制系统和串级调速方式。
变频器制动单元原理
变频器制动单元原理
变频器制动单元是变频器系统中的一个重要组成部分，其主要作用是控制电机的制动过程。
变频器制动单元的工作原理如下：
1. 电机制动控制器：制动过程开始时，变频器通过电机制动控制器向电机施加电压，使电机产生反电动势。
2. 制动电阻：变频器制动单元通常配备有制动电阻，在制动过程中，电机将过多的能量传递到制动电阻中，将能量转化为热量散发出去。
3. 制动电压控制：变频器通过对制动电压的控制，可以调整电机制动的程度。
当制动电压达到设定值时，可以实现电机的快速制动。
4. 制动时间控制：变频器制动单元还可以控制制动的时间，可以调整制动的时间长短，以满足不同的制动要求。
5. 制动开关：变频器制动单元还配备有制动开关，用来将电机切换到制动状态。
制动开关通常分为手动和自动两种模式，可以根据需要选择使用。
通过以上工作原理，变频器制动单元可以实现对电机的平稳制动，提高了系统的安全性和稳定性。
同时，通过调整制动电压和制动时间，可以满足不同工况下的制动需求。
转炉倾动变频器控制系统改造
【 ｅ ｏｄ 】Ｂ Ｆ ｉｉ ； Ｌ ；ｏｖｒ ｒｂａｉ ；ｙｃｒ ｉ ｔｎ Ｋ ｙ ｒ ｓ Ｏ ｌｎ Ｐ Ｃ ｃｎｅ ｅ ｒ ｎ ｓｎｈｏ ｚ ｉ ｗ ｔｔ ｇ ｔ； ｋ ｇ ｎ ａｏ
１ 改造 前状 况 山东 钢铁 集 团莱钢 银 山型钢 炼 钢 厂 １０转 炉 ２ｔ 的倾 动装 置 ， 由４台西 门子 ６ Ｅ ０ ５ １Ｋ ０ 频器 Ｓ ７ ３— Ｅ ６ 变
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图 １ 变频器控制流程
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１ — ４ ．
使用与维护
第 ２ 卷 ２ １ 年第 ５ 总第 １５ ９ ０１ 期（ ５ 期）
层诊 断模 型是 对 领 域专 家 的 推理 控 制 策 略和 故 障
６ 计算 机 测试在 液 压故 障诊 断 中的应 用
在液压设备的故障诊断技术中， 常用计算机对 振动、 噪声和压力脉动等动态信号进行数据采集和 分析处理 。利用计算机可以对多个被选定的观测 点进行高速数据采集 ， 并通过对测得的信号进行监 测和快速的综合分析和处理 ， 以此来诊断液压元件 的故障 ； 也可利用计算机对采集来 的信号 ， 进行时 域、 频域 以及各种经典谱和现代谱分析 ， 从多方面 提取故障特征 ， 从而进行液压故障的监视与早期预 报， 为实 现 “ 预知维 修 ” 提供技 术 支持 。
７ 基 于专 家 系统 的液压 故 障诊 断 有 了监 测 手 段 ， 建 立起 液 压 故 障 诊 断 的专 再 家系统 ， 可以实现故障的早期发现和早期预 防， 这 就为实现“ 预知维修” 提供 了可能 。 由于液 压故 障 的多样性 和 成 因的复 杂性 ， 进行 液 压 系统 故 障 诊 断所 需要 的知 识越 来 越 依 赖 于故 障诊断专家的经验 ， 这就使人工智能在液压系统故 障诊 断领 域 中得 到 了应 用 。所 以 ， 重视 特征 的提 应 取和知识库的建立 。液压 系统故障诊断专家系统 中要建立起双层知识库， 第一层是启发性知识组成 的浅层知识库 ， 第二层是以液压系统原理和故障机 理结构 、 故障分级等知识组成 的深层知识库 。 基 于 知识 的诊 断模 型与 控 制策 略 是 对 人类 思 维方式 的模拟 ， 对于复杂系统的诊断 ， 专家系统诊 断 模 型 和推 理 控制 策 略 的选 取 非 常重 要 。液压 系 统 可 采 用 浅 层 知 识 和深 层 推 理 相 结 合 的 ， 于 知 基 识 的双 层 故 障诊 断 模 型 ， 实 现 液 压 系统 相 应 的 来 故 障诊 断专 家 系统 。 推理控制策略决定故 障搜索顺序和推理诊断 速度 ， 以采用 “ 可 正反 向混合 ” 推理控制策略和“ 深 度优先 ” 搜索故障源和使用知识 。基于知识 的双 ［ 接第 １ ］ 上 ４页
变频器控制系统的制动单元及其应用
36 变频器控制系统的制动单元及其应用方涌奎1 屈敏娟 2 张支钢2上海机床厂有限公司1（200093）上海长机自动化有限公司 2（200093）摘 要 阐述了在变频器控制系统中，电动机制动所带来的问题。
介绍了在变频器控制系统中，电动机的能耗制动、直流制动和回馈（再生）制动等几种方法和及其制动单元的基本原理与应用，最后以二个实例来说明制动单元的实际应用。
关键词 变频器 控制系统 制动 制动单元在日常工作中需要电动机迅速而准确的停车，为此对电动机采取一定的制动方法来实现。
但在变频器控制系统中采用同样的制动方法，由于变频器的结构而带来了一些问题，这一点必须加以重视。
1 变频器控制系统电动机制动所存在的问题在变频器控制系统中经常遇到需要电动机制动的场合，如大惯量负载的快速停车、势能负载的拖动、多级传动中的同步控制及负载突变等。
当变频器给定频率的下降速度过快时，由于所拖动的电动机带有负载（机械装置），有较大的机械惯量而不能很快地下降，使电动机绕组切割旋转磁场的速度加快， 绕组的电动势和电流增大，造成电动机侧的反电势E 大于端电压U ，电动机处于制动状态或发电状态，且有较强的制动转矩。
这一能量的回馈将通过变频器的逆变环节中与大功率管并联的二极管流向变频器的直流供电环节。
对于通用变频器来说，其基本结构多是“整流+滤波+逆变”的“交-直-交”系统， 其整流部分大多采用不可逆的桥式整流电路，因此无法将这能量回馈给主电路，结果就造成变频器直流供电环节中的电容器二端电压（通常称之泵升电压）升高。
当回馈能量较大时，还会引起直流回路的过电压而发生变频器的过电压故障。
这就是在变频器控制系统中，电动机制动所带来的新问题，必须加以注意。
2 变频器控制系统电动机制动的方法 2.1 能耗制动对于变频器，如果输出频率降低，电动机转速将跟随频率同样降低，这时会产生制动过程。
由制动产生的功率将返回到变频器侧，这些功率以电阻发热形式消耗，因此该制动方法被称作“能耗制动”。
变频器制动电路工作原理和维修技巧
变频器制动电路⼯作原理和维修技巧⼀、为什么要采⽤制动电路？因惯性或某种原因，导致负载电机的转速⼤于变频器的输出转速时，此时电机由"电动"状态进⼊"动电"状态，使电动机暂时变成了发电机。
⼀些特殊机械，如矿⽤提升机、卷扬机、⾼速电梯等，风机等,当电动机减速、制动或者下放负载重物时，因机械系统的位能和势能作⽤，会使电动机的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机转⼦绕组中的感⽣电流的相位超前于感⽣电压，并由互感作⽤，使定⼦绕组中出现感⽣电流——容性电流，⽽变频器逆变回路IGBT两端并联的⼆极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这⼀容性电流的通路。
电动机因有了容性励磁电流，进⽽产⽣励磁磁动势，电动机⾃励发电，向供电电源回馈能量。
这是⼀个电动机将机械势能转变为电能回馈回电⽹的过程。
此再⽣能量由变频器的逆变电路所并联的⼆极管整流，馈⼊变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚⾄更⾼。
尤其在⼤惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发⽣。
这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较⼤的电压和电流冲击甚⾄损坏。
因⽽制动单元与制动电阻（⼜称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或⾸选辅助件。
在⼩功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。
但较⼤功率的变频器，直接从直流回路引出P、N端⼦，由⽤户则根据负载运⾏情况选配制动单元和制动电阻。
⼀例维修实例：⼀台东元7300PA 75kW变频器，因IGBT模块炸裂送修。
检查U、V相模块俱已损坏，驱动电路受强电冲击也有损坏元件。
将模块和驱动电路修复后，带7.5kW电机试机，运⾏正常。
即交付⽤户安装使⽤了。
运⾏约⼀个⽉时间，⽤户⼜因模块炸裂。
检查⼜为两相模块损坏。
这下不敢⼤意了，询问⽤户⼜说不⼤清楚。
到⽤户⽣产现场，算是弄明⽩了损坏的原因。
原来变频器的负载为负机，因⼯艺要求，运⾏三分钟，⼜需在30秒内停机。
起重机变频改造方案及流程
起重机变频改造方案及流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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VACON变频器在提升机低频制动系统中的应用
２ Ｏ交流 提 升 机 作 为 人 员 、矿 石 的 提 升 设 备 ，配 有 Ｊ ４ ０８ ２ ０ ｗ／ ｋ 的交 流 电机 ，采 用 Ｔ ） ２ Ｒ１ １ －／ ８ ｋ ６ Ｖ Ｋｒ Ｔ Ｉ ２ ８ 型 电控系统 。该 系统 主要 由继 电器 、接 触 器等 ２６
有 触 点 的 元 件 构 成 ， 自动 化 程 度 低 。 电 气 制 动 系 统 采 用 三 相 半 控 桥 式 整 流 输 出 电 路 ， 其 触 发 电 路 由磁 放 大 器 、 电 阻 及 电 子 元 件 组 成 ，参 数 离 散 性 大 ，故
以在变频器面板 上直接设 置 ，输 出电压根 据提升机 的 运行和外部信号输入 ， 自动调节变频器的输 出电压。 当提升机高压投入实际运行 时，输入提升机正 、反
电 工技术 ｉ０ ０ｌ 期 ｌ １ ９ ３ ２ ５
作者 简介 ： 苏玉成 （ ９９） 电气 工程师 ， １ ６一 ， 主要 从事 中、 压设 低
变 频 器
Ｖ Ｃ Ａ ＯＮ变 频 器在 提 升 机 低 频 制 动 系统 中 的应 用
苏 玉成
（ 建省 潘洛 铁矿 有 限责任 公 司 ，福 建 漳 平 福 ３ ４０ ） ６４ ５
［ 要］ 针对提升机 电机 制动 系统在应 用时存在 的问题 ，介绍 Ｖ ＯＮ 变频 器在 该提 升机低频 制动控 制 系统 改 摘 ＡＣ
造 中的应 用，对其控 制方式 、低频控制原 理进 行分析和说 明 ，并 对 ＶＡ Ｏ 变频 器在提 升机 减速段平 Ｃ Ｎ
桥式起重机的变频调速系统改造
桥式起重机的变频调速系统改造
吉志 强
（ 太钢集团 山西新临钢钢铁有 限公 司炼铁厂 ，山西 临汾 ０ ４ １ ０ ０ ０）
【 摘 要】 起重设备采 用 Ｐ Ｌ Ｃ 一 变频器调速技 术取代 绕线 电机
Ｓ Ｉ Ｅ 皿Ｎ ｓ公司 ６ Ｓ Ｅ ７ ０系列工程型变频器的相关技术资料 ，变频器匹 配制动单元和制动 电阻后 ，能够保 证变 频控制系统在 四象限正常运 行；在 重物下降时 ，电机工作在制 动状 态，变频器的制动单元 能够 完全吸收掉这部分能量使 电机稳 定工作 在第四象限，且转速连续可
变频器 电动机 备注
主 起 升机 构 系 统 图
主提 升机 构 ６ Ｓ Ｅ ７ ０ ３ ２ — １ Ｅ Ｇ ６ ０ 副提 升机构 大车 小车 ６ Ｓ Ｅ ７ ０ ２ ７ — ２ Ｅ Ｄ ６ １ ６ Ｓ Ｅ ７ ０ ２ ３ — ８ Ｅ Ｄ ６ １ ６ Ｓ Ｅ ７ ０ ２ ２ — ６ Ｅ Ｃ ６ １
调。
转子 串电阻调速 ，提 高了设备控 制精度和稳定性 ，降低 了故障率 ， 且节能 效果 显著 ，易于检修维护 ，成为提高企业 生产 效率的最佳途
径。
【 关键 词 】 桥 式起重机 ；变频 器；改造
１引言
起重 设备的电气控制和拖动 系统 从早期的 串电阻调速 系统、直 流调速继 电器接触 器控制系统 ，到后来 的交流定子调压 、直流 晶闸 管调速装置 ， 电动机主要 以绕 线转子 异步电动机和直流 电动机为主 ， 其最大的缺点是滑差离合器 、换 向器 、电刷的存在使得维修 困难 。 随着变频器 的迅速发展 ，人们注 意到它在克服 了以往驱动系统 的缺点 ，明显提 高了可靠 性的 同时 ，还具有 显著地节能效果 。由于 异步 电动机结构简单 、维修方便 、适合在有粉 尘和振动大 的环境 中 使用， 故异步 电动机变 频调速 系统非常设适合在起重机上推广使用 。 ２ 设 备 现 状 我厂铸铁系统使用 的是 ５ ０ Ｔ桥式重型起重机 ，跨度为 １ ６ ｍ ，起 重系统采用绕线转 子异步 电动机 ，转子 回路 内串入多段外接 电阻调 速，采用 凸轮控制器 、继电器一 接触器控制 ，这种控制系统主要缺 点 是安全性差 、故障率 高，对生产影响较大 ，为此我们对这 台桥式起 重机的提升系统和 大小车拖动系统进行 了变 频改造 ，以提高其操作 性能、降低故障率 ３ 改 造 方 案 ５ ０ Ｔ桥式起 重机 的电气传 动系统有 ５ ０吨大钩 、 ｌ Ｏ吨副钩 电动机 各 １台，大车 电动机 ２台，小车 电动机 １台，改造的总思路是用 ５ 台变频器分别来控制 ５台电动机，实现重载起动、变频调速 。 ３ ． １变 频器选 型 我们根据桥式起 重机 ５台 电机的主要参数 ，分别选用 以下几种 规格的变频器 ：
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变频控制制动系统改造
因20吨吊车钩头经常发生故障不能使用，但故障复位后轻载有时能使用，重载起动停止后即钩头不动作。
经查发现变频器故障，后分析发现制动系统硬件损坏（变频器损坏2次）。
通过钩头工作原理、特点及各项指标的分析计算，重负载的快速停车、根据负载情况选择现已改造完成制动方案，经使用半年未出现同样故障。
现简要说明如下：
一、变频器制动概念
在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因（重载尤其明显），电机的转子转速未变。
当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态。
与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。
电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。
由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，使直流电压升高。
过高的直流电压将使变频器各部分器件受到损害。
因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理掉这部分再生的能量。
处理这类再生能量的方法称之为制动。
变频器主电路图
制动问题的实质在于起升电机的瞬时停止的机械能转换为电能，电能通过变频器内部IGBT续流二极管储存在变频器的中间环节（直流回路）电解电容中，制动方案就是如何保证中间环节电解电容的电压不超过变频器允许的范围（超过一定的范围将对变频器致命损坏）。
因此，解决制动问题的方法有二: 一是改变系统控制策略，避免电机出现机械能转换为电能，从源头上消除能量的持续累积;二是将不断积累的能量通过系统内部交换或者一定的渠道泻放掉，即采用共用能耗制动或者再生回馈制动等策略。
我们采用的方法是能耗制动（再生回馈制动成本高，不易于系统维护），在变频器直流侧加放电消耗能量电阻组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。
这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热
能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻两个部
分。
制动单元的功能是当变频器直流回路的电压超过规定的限值时，接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。
制动单元可分内置式和外置式二种，内置式是适用于小功率的通用变频器，外置式则是适合用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。
从原理上讲，二者没有什么区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。
制动电阻是用于将起升电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻值和功率容量两个重要的参数。
选用的是波纹电阻，采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝的老化，延长使用寿命，损坏易于更换。
制动电阻
二、外围件的选配
1.制动转矩的估算
一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗（表现为
电机发热），约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小
于此范围的话就无需接制动装置。
2.计算制动电阻的阻值
在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC ，
R 即为制动电阻的阻值，C 为变频器内部电解电容的容量。
这里制动
单元动作电压值一般为630V （380V 级）或660V （西边变电站电压高，
最高能达420V ，电压等级取400V 级）。
制动前电机转速电机额定转矩）（制动转矩制动单元动作电压值制动电阻阻值⨯-⨯=%201047.02减速时间
制动后速度）（制动前速度侧的转动惯量）电机负载侧折算到电机（电机转动惯量制动转矩⨯-⨯+=375
3.制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：
根据计算结果及经验预估，最终确定选取CDBR-4045（45KW ）驱动单元，电阻选用9600kw\13.6欧的波纹电阻，钩头变频器为90KW ，钩头电机工作机制为30%，考虑起重重载时惯量较大，钩头电机的及时、可靠停止，用三组制动单元并联和三组电阻使用。
制动电阻阻值值制动单元直流母线电压制动电流瞬时值。