（1.沈陽工業學院 遼寧 沈陽 110045 2. 沈陽合興機械電子有限公司 遼寧 沈陽 110014）
摘要: 本文分析了塔吊的工作原理和回轉控制技術要求，提出了直接采用多臺變頻器控制多臺電機，實現同步控制方案。VACON變頻器具有可編程功能，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC1131-3標準的圖形化的編程工具，它可以用來設計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊，如各種濾波器，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創建參數，故障信息和其他與應用相關的特性。塔吊回轉控制中采用主從同步控制算法，主從變頻器間用光纖通訊。實際應用證明用此方案實現的塔吊回轉控制具有噪音小、高效、節能、同步性能好等優點，具有很好的市場推廣價值。
關鍵詞: VACON變頻器；塔吊；主從同步控制;
Application of VACON Inverter to Tower Crane Slewing Control
Li Yan1 Zhang bingchun1 Bai YanHua2 Yao XuDong1
(1. Shenyang Institute of Technology, Shenyang 110045 , China
2.Shenyang HeXing Mechanical &Electronic CO., LTD Shenyang 110014, China)
Abstract: This Paper analyses the operation principle of tower crane, and also the demand of the slewing technology. It provides the idea of adoping several frequency converters to synchronize the control of the motors. Vacon Freqency Converter has the function of customer programable, the programing tool of Vacon NC1131-3 Engineering is a graphical design tool for customizing the control logic and parameters. And it is compatible with the IEC 61131-3 standard, containing both basic function blocks and more sophisticated function blocks such as various filters, PI controllers and integrators. NC1131-3 enables the creation of parameters, fault messages and other application-related features. It has the synchronous control algorithm in the Tower Crane’s Slewing control, and optic fiber communication between master drives and followers. This kind of drive system has low noise, High efficiency, low energy consumption and easy synchronized etc. Thus it has very good market promotion value.
Keywords: VACON Freqency Converter; Tower Crane; Master &Follower synchronized Control
1 引言6
現在，我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層建筑、房地產工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程，到處都有塔機的應用。計算機輔助設計、微電子技術、程控語言控制技術都在塔機上得到了應用。其中啟升機構、回轉機構、小車變幅機構的控制發展趨勢是采用變頻器控制。回轉機構的特點是具有較大的慣性沖擊，啟動過快沖擊大，停車和打反轉都不允許過快過急，否則不僅運轉不平穩，還會損壞機構。更好的解決辦法是采用回轉專用減速機，同時采用變頻調速使起制動最平穩。并且采用變頻器控制以后使系統控制更為簡單，控制系統具有多重保護，使系統更加安全可靠。
2 塔吊回轉機構工作原理小齒輪
塔吊是靠起重臂回轉來保證其工作覆蓋面的，回轉運動的產生是通過上、下回轉支座分別裝在回轉支承的內外圈上，并由回轉機構驅動小齒輪，小齒輪與回轉支承的大齒圈嚙合，帶動回轉上支座相對于下支座運動。大齒圈需要兩至四個小齒輪驅動，小齒輪均勻放在大齒圈四周，如圖1。
塔機回轉慣性很大，回轉起、制動時往往會有慣性沖擊。為保證回轉平穩，回轉機構工作特性要軟，回轉加減速度一定要小，要求驅動小齒輪的電動機之間保持同步。
3 回轉同步控制原理
為實現驅動小齒輪的電動機之間保持同步，采用具有同步控制應用宏的VACON變頻器。作為低壓變頻器領域的主要領導者之一的芬蘭瓦薩控制系統有限公司, 是世界上唯一的一家變頻器專業制造商。其研發的VACON變頻器具有可編程功能，有專用于起重機的起升應用宏和回轉主從同步控制應用宏，具有優良的控制性能。
VACON變頻器主從同步控制應用宏是為采用NXP系列變頻器且電機軸之間由齒輪、鏈條、皮帶等連接的應用系統而設計的。
外部控制信號只提供給主NXP變頻器，主變頻器經過系統總線控制從變頻器。主變頻器采用典型的速度控制狀態，其它的從變頻器是轉矩或速度參考。
從變頻器轉矩參考控制用于當主變頻器與從變頻器軸之間為剛性連接時，如齒輪、鏈條連接。以便驅動之間沒有速度差別。從變頻器速度參考控制用于當主變頻器與從變頻器軸之間柔性連接時，以便驅動之間略為有速度差別。
主從變頻器通過擴展卡NXOPTD2連接，擴展卡之間同過光纜實現通訊。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。在主變頻器上的擴展板NXOPD2是默認的跳線選擇，如X6:1-2 , X5: 1-2. 在從變頻器上的擴展板NXOPD2是必須改成如下的跳線選擇，如X6:1-2 , X5: 2-3。每臺變頻器驅動各自電機，通過主從控制功能實現同步控制。
3.1 主從同步控制控制參數設計
主從同步控制參數組設計了主從系統功能，主從參數通訊中沒有經過系統總線從從機反饋給主機的信號，推薦把從機的故障輸出信號連接到主機外部故障輸入端。系統總線通訊中丟失從機將觸發#81系統總線錯誤，如果主機報警從機將報#80錯誤。參數敘述如下：
P2.12.1 主從選擇: 此參數定義了主從連接的驅動關系。主機次參數設定為Master ,主機將通過光纖通道傳輸主從控制字，速度參考，轉矩參考等。從機次參數設定為FOLLOWER同時把控制位置參數P3.1設定為Systembus.
P2.12.2 本機系統總線ID號:用于系統總線驅動。0~63每臺驅動器都有唯一的本機系統總線ID號。
P2.12.3 從機系統總線ID號：主從通訊中下一臺驅動器。
P2.12.4 系統總線通訊速度:設置系統總線通訊速度。0=1.5 Mbit/s 1=3 Mbit/s
P2.12.5 轉矩模式選擇: 主機是典型的速度控制。參數可選如下：
0=不用
1=速度控制：當主從電機軸是柔性連接時，主機從機都可設置成此參數，以便允許主機從機之間速度有一些差別。
2=轉矩控制：轉矩控制驅動。當主從電機軸是剛性連接時（用齒輪或鏈條）此參數用于從機選擇，以便主機從機之間沒有速度差別。
3=轉矩參考和速度控制器輸出中最小值：轉矩選擇器比較轉矩參考值和速度控制器輸出值。用其中較小值作為電動機轉矩參考。只在特殊情況使用。
4=轉矩參考和速度控制器輸出中最大值：轉矩選擇器比較轉矩參考值和速度控制器輸出值。用其中較大值作為電動機轉矩參考。只在特殊情況使用。
P2.12.6 轉矩標定:對應于電機額定轉矩。默認值1000。此參數轉矩參考的標定因子。選擇1000對應于額定轉矩參考。
P2.12.7 負載分配比例：負載分配轉矩參考的百分數。如設定100%=驅動器間根據額定轉矩分配負載。
P2.12.8 轉矩參考源選擇:從機轉矩參考源。
0=不用
1=主機
2=現場總線
3=模擬1信號
4=模擬2信號
P2.12.9 從機參考頻率：從機速度參考源。
0=從機本身參考頻率
1=主機參考頻率
2=主機輸出斜坡（從機斜坡不起作用）
3.2 實驗調試結果分析
此控制系統應用在沈陽建筑機械廠K520塔吊上，回轉控制圖1中用4四個小齒輪分別用4臺11KW電動機驅動，4臺電動機分別由4臺Vacon變頻器驅動，構成主從控制，變頻器1為主控制器設定為速度控制，其他3臺變頻器為從控制器設定為轉矩控制。工作中4臺電機的轉矩基本相等，回轉起、停控制平穩，控制效果達到要求，用戶滿意。
4 結論
應用變頻器的回轉控制系統有如下優點：
回轉起、停控制平穩，由于采用芬蘭瓦薩控制系統有限公司的VACON變頻器,用其開放式編程平臺，開發的主從同步控制應用宏，使控制系統具有優良的控制性能。同時系統運行安全，性能可靠，電動機發生過載、過壓、過流時，變頻器會及時給出報警，停止系統工作。高效節能，在變頻器控制下，電動機大部分時間沒有達到額定轉速，節能效果明顯。采用變頻器控制塔吊的回轉，回轉性能優越，具有很好的推廣價值。
參考文獻：孫在魯.《塔式起重機應用技術》 北京: 中國建材工業出版社 2003.
李永東.《交流電機數字控制系統》 北京: 機械工業出版社 2001.
滿永奎、吳成東.《通用變頻器及其應用》 北京: 機械工業出版社 1996.
作者簡介：李巖(1966.7-)：男，遼寧省沈陽市, 講師, 碩士, 漢族，1999年畢業于北京理工大學自動控制系，在沈陽工業學院從事教學工作，研究方向交流調速系統、單片機應用。