隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及電機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,，變頻器向單元化,、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,。西門子公司6se70/6se71系列矢量型（vc）變頻器和abb公司acs800/acc800系列直接轉(zhuǎn)矩型（dtc）變頻器都具備了單元化,、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn),，是目前高性能工程型變頻器的代表,。針對位能型負(fù)載的特點(diǎn)，6se70/6se71系列變頻器和acs800/acc800系列變頻器都設(shè)計(jì)了機(jī)械制動控制功能,，也就是常說的抱閘控制功能,，該控制功能的主要作用是：在傳動單元停止或未通電時(shí)，可以通過機(jī)械制動將電機(jī)和被驅(qū)動設(shè)備鎖停在零速狀態(tài),，保證了位能型負(fù)載和傳動單元及設(shè)備的安全,。

2 變頻器機(jī)械制動控制功能的目的及應(yīng)用

2.1 機(jī)械制動控制功能的目的

對于位能型負(fù)載來說，由于重物具有重力的原因,，如沒有專門的制動裝置,，重物在空中是停不住的。為此,，電動機(jī)軸上必須加裝機(jī)械制動器,，常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。多數(shù)制動器都采用常閉式的,，即：線圈斷電時(shí)制動器依靠彈簧的力量將軸抱?。痪€圈通電時(shí)松開,。在重物開始升降或停住時(shí),，要求制動器和電動機(jī)的動作之間,，必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開,，以及從松開到抱緊的動作過程需要時(shí)間（約0.6s,，因電動機(jī)的容量大小而異），而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失,，是在通電或斷電瞬間就立刻反映的,。因此，兩者在動作的配合上極易出現(xiàn)問題,。如電動機(jī)已經(jīng)通電,，而制動器尚未松開，將導(dǎo)致電動機(jī)的嚴(yán)重過載,；反之,，如電動機(jī)已經(jīng)斷電，而制動器尚未抱緊,，則重物必將下滑,，出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。

2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用

2.2.1 通用型變頻器機(jī)械制動控制

自變頻器開始應(yīng)用在位能型負(fù)載領(lǐng)域,，其機(jī)械制動控制功能就是設(shè)計(jì),、維護(hù)的重點(diǎn)，由于通用型變頻器本身的局限性,，可以使用的資源并不是很多,，在實(shí)際應(yīng)用中，一般有以下控制方法：

（1）應(yīng)用變頻器的可定義開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號構(gòu)成機(jī)械制動控制信號,；

（2）應(yīng)用變頻器的運(yùn)行信號和故障輸出構(gòu)成機(jī)械制動控制信號,；

（3）變頻器的運(yùn)行信號、開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號,、電流模擬量信號輸入到plc,，應(yīng)用plc的編程控制功能設(shè)計(jì)機(jī)械制動控制條件，plc輸出信號控制機(jī)械制動器,。

以上三種方法中,，前兩種一般應(yīng)用在控制要求不高，簡單的系統(tǒng)中,，第三種應(yīng)用在稍復(fù)雜系統(tǒng)中,，控制精度要求較高，而且一般應(yīng)用需要有plc系統(tǒng),。在90年代中期,，濟(jì)鋼第一煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)變頻改造中，設(shè)計(jì)者充分應(yīng)用了變頻器可以使用的信號來完成機(jī)械制動的控制,，是plc系統(tǒng)參與機(jī)械制動的一個(gè)典型例子,。其控制思想是：plc系統(tǒng)采集變頻器的運(yùn)行信號,、可定義開關(guān)量輸出信號、故障輸出信號和電流模擬量信號,，其中可定義開關(guān)量輸出信號定義為大于3hz輸出,；利用電流模擬量信號和plc的比較功能,，設(shè)定開關(guān)機(jī)械制動的電流門檻值,，plc系統(tǒng)綜合以上條件設(shè)計(jì)出開關(guān)機(jī)械制動的條件，通過plc的輸出控制機(jī)械制動器的線圈,。plc系統(tǒng)參與通用變頻器機(jī)械制動的電氣原理圖如圖1所示,。

2.2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制過程

下面就以通用變頻器可定義的開關(guān)量信號和電流信號為主信號的機(jī)械制動控制為例，來描述在啟動停止中通用變頻器機(jī)械制動控制的具體工作過程：

（1） 負(fù)載啟動時(shí)機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個(gè)“升降起始頻率fsd當(dāng)變頻器的工作頻率上升到fsd時(shí),，將暫停上升,。為了確保當(dāng)制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤,，所以,，在工作頻率到達(dá)fsd的同時(shí)，變頻器將開始檢測電流,，并設(shè)定檢測電流所需時(shí)間tsc,；發(fā)出“松開指令當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出電流時(shí)，將發(fā)出一個(gè)“松開指令,，使機(jī)械制動控制器開始通電,；設(shè)定一個(gè)frd的維持時(shí)間trd，trd的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從通電到*松開所需要的時(shí)間,；變頻器將工作頻率上升至所需頻率

負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程如圖2所示,。

（2）負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個(gè)“停止起始頻率fbs

當(dāng)變頻器的工作頻率下降到fbs（如3hz）時(shí)，變頻器將輸出一個(gè)“頻率到達(dá)信號,，發(fā)出機(jī)械制動控制器斷電指令,；

設(shè)定一個(gè)fbs的維持時(shí)間tbb

tbb的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從開始釋放到*抱住所需要的時(shí)間；

變頻器將工作頻率下降至0

負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動控制過程過程如圖3所示,。

2.3 工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用

2.3.1 工程型變頻器機(jī)械制動的方法

隨著高性能微處理器技術(shù)的發(fā)展以及dsp技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用,，變頻器不僅具備了*的控制性能而且擁有了強(qiáng)大數(shù)字編程處理能力。西門子公司6se70/6se71變頻器和abb公司acs800/acc800變頻器在內(nèi)部功能上都設(shè)計(jì)了機(jī)械制動控制功能,，機(jī)械制動控制邏輯集成在變頻器的應(yīng)用中,，用戶通過簡單的定義和硬線連接就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械制動控制功能。工程型變頻器的機(jī)械制動控制思想是：變頻器應(yīng)用其采集到的各種信號,，例如電流轉(zhuǎn)矩信號,、速度信號、故障信號等在內(nèi)部通過邏輯計(jì)算得出一個(gè)開關(guān)機(jī)械制動控制器的信號,，直接輸出信號控制機(jī)械制動控制器,，同時(shí)產(chǎn)生一些控制信號（例如內(nèi)部給定使能,、逆變器使能）來控制變頻器的運(yùn)行配合機(jī)械制動器的動作，該功能也可以利用機(jī)械制動控制器的檢測元件來檢測機(jī)械制動器是否正常,。圖4所示為一個(gè)工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用原理圖,。

2.3.2 工程型變頻器機(jī)械制動的控制過程

下面就以工程型變頻器機(jī)械制動控制功能實(shí)現(xiàn)的機(jī)械制動為例，描述負(fù)載在啟動,、停止時(shí)機(jī)械制動器的運(yùn)行過程,，工程型變頻器機(jī)械制動控制的過程如圖5所示。

（1）負(fù)載啟動時(shí)機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個(gè)“制動器打開時(shí)的啟動轉(zhuǎn)矩ts

當(dāng)變頻器的啟動指令以及外部速度給定使能信號都具備,，變頻器開始工作,，為保證開機(jī)械制動時(shí)電機(jī)有足夠的力矩，負(fù)載不至于下滑,，設(shè)定一個(gè)打開制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ts,，門檻信號也可以應(yīng)用電流信號；

發(fā)出“制動器打開指令

當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩（電流）時(shí),，其他邏輯條件都具備時(shí)將發(fā)出一個(gè)“制動器打開指令,，使機(jī)械制動控制器開始通電；

設(shè)定一個(gè)“制動器打開時(shí)間tod

當(dāng)變頻器確認(rèn)機(jī)械制動器已經(jīng)打開,，經(jīng)過“制動器打開時(shí)間tod后,，通過控制功能控制內(nèi)部給定使能，使變頻器開始沿速度曲線升至所需速度,。

負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程見圖5中1到4所示過程,。

（2） 負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個(gè)“制動器閉合的轉(zhuǎn)速ncs

變頻器設(shè)定一個(gè)“制動器閉合的轉(zhuǎn)速ncs，為保證制動器閉合時(shí)電機(jī)有足夠的力矩,，負(fù)載不至于下滑,，設(shè)定一個(gè)關(guān)閉制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ncs，制動器閉合的門檻信號一般使用速度信號,；

發(fā)出“制動器閉合指令

變頻器停止運(yùn)行時(shí),，當(dāng)外部給定使能和外部速度信號停止后，速度沿變頻器速度曲線下降,，當(dāng)變頻器檢測到ncs（如5%額定速度）時(shí),，變頻器將輸出一個(gè)“制動器閉合信號，發(fā)出制動器斷電指令,；